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WO2018090155A1 - Sistemas de seguimiento solar de persianas de colectores solares y métodos asociados - Google Patents

Sistemas de seguimiento solar de persianas de colectores solares y métodos asociados Download PDF

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Publication number
WO2018090155A1
WO2018090155A1 PCT/CL2017/050065 CL2017050065W WO2018090155A1 WO 2018090155 A1 WO2018090155 A1 WO 2018090155A1 CL 2017050065 W CL2017050065 W CL 2017050065W WO 2018090155 A1 WO2018090155 A1 WO 2018090155A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar
tracking system
solar tracking
blinds
occlusion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CL2017/050065
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roberto Eugenio GONZÁLEZ REYES
Juan Horacio González Reyes
Juan Eugenio GONZÁLEZ PÉREZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pontificia Universidad Catolica de Chile
Original Assignee
Pontificia Universidad Catolica de Chile
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pontificia Universidad Catolica de Chile filed Critical Pontificia Universidad Catolica de Chile
Publication of WO2018090155A1 publication Critical patent/WO2018090155A1/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/48—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with three or more rotation axes or with multiple degrees of freedom
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/20—Cleaning; Removing snow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/20—Arrangements for controlling solar heat collectors for tracking
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/60—Arrangements for cooling, heating, ventilating or compensating for temperature fluctuations
    • H10F77/63—Arrangements for cooling directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. heat sinks directly associated with the photovoltaic cells or integrated Peltier elements for active cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the objective of the solar tracking system described in this document is to optimize the capture of photovoltaic solar energy to improve the quality of the environment by conserving other energy resources, for example, fossil fuels, hydroelectric fuels, etc. It is also an objective to reduce greenhouse gas emissions. BACKGROUND OF THE INVENTION
  • PV photovoltaic solar collection
  • some photovoltaic systems comprise sets of fixed and static panels; that is, the solar collection panels are fixed in a single plane and angle, often in the southern hemisphere facing north to maximize the incidence of solar radiation on their panels.
  • static systems are far from optimal, since they do not follow the sun and therefore do not capture solar energy at its maximum capacity.
  • static photovoltaic panels are installed at the best possible fixed angle to maximize sun exposure, on average, they only produce between 40 and 60% of the energy they would potentially be able to produce.
  • Single-axis solar tracking systems usually follow the movement of the sun from east to west in the horizontal plane, such movement is commonly known as "azimuthal" tracking.
  • Single-axis tracking systems can produce an approximate 15-25% increase with respect to the efficiency of a comparable static system, that is, compared to a fixed system that has the same number of items in the collection.
  • dual axis tracking systems also follow the azimuthal movement of the sun, but also follow the angular elevation of the sun relative to the horizon that is commonly known as “zenith” movement.
  • the maximum elevation of the sun on any given day depends on the geographical latitude and the time of the year.
  • dual-axis tracking systems produce approximately 40% or more of the energy production compared to a one system comparable static. That is, dual-axis systems can achieve solar collection efficiencies close to 100% of their potential, since they allow the photovoltaic panels to be maintained perpendicular to the direction of the sun at all times during the day.
  • heliostat systems comprise a main frame with an array of panels in a single plane, with a central or rear vertical post.
  • the mounting system structures must be strong enough to support the weight of the panel assemblies mounted on it and be constructed to withstand large wind loads.
  • zenithal rotation movement is carried out by large torques, especially if there is the presence of strong winds.
  • the costs associated with greater structural support of the array of solar collectors and the greater sizing of electromechanical or hydraulic actuators, together with the oversizing of foundations are a current problem of traditional monitoring systems.
  • the present invention relates in particular and specifically to a solar tracking system with high efficiency blinds, forming a multi-axis solar tracking system that is capable of operating at small angles of elevation of the sun, maximizing energy efficiency , especially in geographical areas of medium and high latitudes.
  • the system described in this document comprises a system of low-cost structures, which comprises an outer main frame or frame weighted with transverse beams within the main frame, and a plurality of corresponding internal weighted frames.
  • a system of low-cost structures which comprises an outer main frame or frame weighted with transverse beams within the main frame, and a plurality of corresponding internal weighted frames.
  • This predetermined angle of inclination is the optimal angle calculated for a geographical area, based on average values of the elevation of the sun, based on minimum angular values of elevation of the sun, based on the minimum angular folding of the blinds, and the separation between blinds, where the optimal calculation method of the aforementioned predetermined angle of inclination is aimed at minimizing or not producing shadows or occlusions between the solar collector blinds for the minimum or maximum values of the solar elevation preset and that the separation or distance between blinds is minimal. So the main frame revolves around the main pole to follow the azimuthal angle and the folding of the blinds to follow the zenith angle. The method of calculating this predetermined angle of inclination will be described in detail in this document.
  • the panels can oscillate a critical angle or maximum dejection of + 17.75 ° where there would be no occlusion or shadows on other contiguous blinds, where it is also obtained as a result that the predetermined angle of optimal inclination of the panel is 34.9 °, where it occurs a total occlusion less than 1.7% average during the year.
  • Occlusion between solar panels in a blind or lattice system refers to the shadow that they can generate each other, which generates a degradation in energy efficiency since the panels are not fully exposed to solar radiation.
  • the degree of blockage or occlusion between solar panels will depend on the following factors: the configuration of the panels, the position of the sun throughout the day and time of the year, on the particular geographical location of the latitude.
  • the system of the present invention in relation to a first structure configuration is installed with a specific frame inclination, predetermined angle of inclination of the main frame is the angle of the plane of the frame with respect to the support post, which is optimal depending on the geographic location.
  • the first structure configuration comprises a group of lattices that fold around horizontal transverse axes for zenithal tracking and where said group of blinds rotates as a whole around a main support post, where the predetermined angle of inclination corresponds to the which is generated between the line formed from the centers of each horizontal transverse axis and the main support post, an angle that is equivalent to that formed between the plane of the main frame and the main support post.
  • the second alternative structure configuration comprises a group of blinds that fold around horizontal transverse axes for zenithal tracking and where each blind within a plurality of blinds rotates individually around a single main pole of support within a plurality of main support posts, where the predetermined angle of inclination corresponds to that generated between the line formed by the longitudinal centers of each horizontal transverse axis and the main support post (s).
  • predetermined angle of inclination of the main frame refers to the angle formed by the line of the longitudinal centers of the horizontal transverse axes with respect to an axis of the main vertical support post (s), according to the structure configuration used according to the present invention.
  • the occlusion calculation method of the system of the invention allows to obtain the occlusion for the two structure configurations according to the present invention, where the occlusion calculation is performed in the following steps:
  • the first stage of the method of calculation of occlusion of the system of the invention comprises the determination and definition of the parameters and variables involved in the calculation of the daily average occlusion between panels.
  • ALPHAO corresponds to an angle of inclination of the line formed by the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8), with respect to the horizontal plane, this parameter is the one that is optimized to minimize the separation between panels and minimize occlusion, it is worth mentioning that the angle ALPHAO (4) is complementary to the predetermined angle of inclination of the main frame (1);
  • ELEV corresponds to an angle of elevation of the sun from the horizontal plane
  • ALPHA corresponds to an angle of inclination of each blind (2) with respect to the line formed by the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8);
  • dX corresponds to the separation distance between blinds, so that at a lower separation a more compact main frame is allowed, where dx (7) is chosen in 5% of the panel length for example;
  • D is defined as the separation of the sun's projection between the centers of rotation of each blind, this quantity can be calculated as:
  • ALPHAZ represents an angle that corresponds to the projection of ALPHAO in the plane with direction in an azimuth of the sun at a given moment
  • AZ represents the azimuth angle of the sun at a given moment; Where TI and T2 correspond to the time of sunrise and sunset. In practical terms, these times are not defined when the sun appears or disappears on the horizon, instead, these are defined when the sun's elevation is greater than a small angle, which we set of 5 or , this is because it is generally observed that in urban or rural sectors, buildings, trees, hills, or cloudiness on the horizon, block sunlight at very low elevations, so in practice in very few cases it is possible to directly observe the sun at elevations lower than 5 or.
  • the second stage of the occlusion calculation method of the system of the invention comprises the numerical calculation of the occlusion throughout the day expressed in the OCL_DIA parameter, given the sunrise and sunset time for elevation angles of 5 o , The monthly and annual occlusion average for the geographic location where the system of the invention is also calculated.
  • the position of the sun at any moment is obtained with the routines of the astronomical library for IDL (Landsman, W. 1993) for the calculation of the position of the sun, with an accuracy less than a second arc.
  • the third stage of the occlusion calculation method of the system of the invention comprises choosing one of the results and values of the ALPHAO angle of the matrix of the possible parameter space obtained in the second stage, which corresponds to the annual average occlusion, which produce the minimum occlusion for a distance between the given dX blinds.
  • a blind separation of 5% of the length of each blind is used in several examples of this document.
  • the maximum angle of blindness of the blinds is also obtained, that is, the maximum angular rotation range of the blinds during the year, corresponding to the maximum of the parameter of angle ALPHA.
  • the predetermined angle of inclination corresponds to the complementary angle of ALPHAO, that is to say 90 ° minus ALPHAO, which corresponds to an inclination angle of the straight formed by the longitudinal centers of the horizontal transverse axes with respect to a vertical axis of a main support post.
  • stages are programmed in a computational algorithm that can be implemented in different languages for a personal computer, Smartphone application or an electronic device that contains a GPS, to automatically perform the calculation in the area where the system of the system will be installed. present invention, and thus facilitate the assembly process.
  • a solar tracking system comprising folding shutters formed of solar collectors, placed in an inclined staircase configuration that minimizes occlusion at small and high angles of the elevation of the sun, such as those described in a first structure configuration and a second alternative structure configuration according to the present invention, further comprising an actuator control system, an automated cleaning system for solar collectors and a mounting system, in combination with other aspects of the invention, enables significant advances in the efficiency of the system, in the energy captured, the compactness of the structure and the possibility of working with small angles for the elevation of the sun, among others, compared to conventional solar tracking systems.
  • the present invention is characterized in that the straight line formed by the centers of the horizontal transverse axes where the blinds are folded, generates a fixed angle with the vertical axis of a main support post, where said fixed angle is optimal for a geographical location, and This results in a smaller occlusion between adjacent blinds for small or high angles of the sun's elevation, resulting in an increase in energy capture efficiency, a compact and wind-resistant structure.
  • the solar tracking system with solar collector blinds in the solar tracking system with solar collector blinds, it comprises at least one main frame, a plurality of blinds mounted on the main frame with a predetermined inclination angle and fixed, a support post that allows the rotation of the main frame.
  • said predetermined angle of inclination is fixed and corresponds to the angle between the plane of the main frame and the axis of the pillar of the frame on which it rotates.
  • said predetermined angle of inclination corresponds to an optimal value calculated based on the geographical location where the system operates, and a separation distance between the blinds, so as to produce the minimum average occlusion between the blinds throughout the year. This allows the system of the invention to exhibit optimal sun exposure, since it also operates with small angles of elevation of the sun.
  • the solar tracking system with solar collector blinds in the solar tracking system with solar collector blinds, it comprises at least one main frame, a plurality of blinds mounted on horizontal transverse axes, where the longitudinal centers of these axes form a line that generates a predetermined angle of inclination with the main support posts, so that this angle is fixed, where each main support post allows the rotation of each blind.
  • said predetermined angle of inclination corresponds to an optimal value calculated based on the geographical location where the system operates, and a separation distance between the blinds, so as to produce the minimum average occlusion between the blinds throughout the year. This allows the system of the invention to exhibit optimal sun exposure, since it also operates with small angles of elevation of the sun.
  • the solar tracking system with solar collector blinds comprises a system of actuators that allow the movement of the solar tracking, a first and second group, where for the first configuration of structure a first actuator group allows the rotation of the set of blinds within the main frame around the vertical axis of the main support post, where a second actuator group allows the rotation or folding of the blinds, movement that is carried out in multiple horizontal transverse axes , where these axes are mechanically coupled with a lateral rod by means of a rod pivot to produce the rotation or rotation in zenithal tracking, on the other hand for the second alternative structure configuration a first actuator group allows the rotation of each blind around each vertical axis of the main support posts allowing azimuthal tracking of the sun, where a second actuator group allows the rotation or
  • the solar tracking system with solar collector blinds comprises a control system for the movement of the actuators, based on the instructions received by a centralized processor and / or local, where for each moment of time an angular position of the blinds and the rotation of the main frame around the vertical pole is ordered, control that is performed feedback by the signals coming from inclination sensors, to have a closed loop control with a tracking accuracy of less than 0.1 °.
  • the solar tracking system with solar collector blinds comprises a system for cleaning the solar collectors, which is formed of one or a plurality of rollers, where a horizontal roller with plastic bristles rotates on its own axis and is moved by sliding or rolling from top to bottom along the outer edge of the main frame, making a certain amount of predetermined iterations or based on a sensor that determines the amount of dust or particulate, where the cleaning operation is automated and occurs by folding and aligning the blinds with the plane of the main frame, operating either dry or with water injection , where the cleaning operation can be carried out in a programmed way or by activation of a dirt sensor, being activated the cleaning cycle is carried out during periods where there is no sun exposure, so that in this process the control system is in a state cleaning.
  • the solar tracking system with solar collector blinds in the solar tracking system with solar collector blinds, it comprises a quick assembly system, which is formed by quick-insert connectors of the blinds, blinds that are inserted vertically when the blind support is in an upright position, entering through two rails that lock a spring lock when the blind moves in its final locking position, so that in this position the control system is in the mounting state .
  • the solar tracking system with solar collector blinds in the solar tracking system with solar collector blinds, it comprises a minimum distance between the solar plants to avoid occlusion between them and for their scalability, so that for their application in a solar park of great powers they are installed in a horizontal plane or preferably in a terrain with a favorable natural slope, so that in an inclined terrain the distance between the support posts is significantly reduced, and occlusions between the blinds do not occur adjoining
  • the system of the present invention is applied in the field of solar energy capture, specifically in a solar tracking system with high-efficiency blinds, forming a multi-axis solar tracking system that is capable of operating at angles.
  • the scalability of these systems is benefited if the geographical area has moderate or accentuated slopes of land as occlusion is minimized.
  • the system of the present invention must be configured for the geographic location where it will be installed.
  • the angle of inclination of the longitudinal centers of the horizontal transverse axes of each blind with respect to the horizontal plane, will correspond to the ALPHAO value obtained by minimizing the annual average occlusion for a given geographic location and separation between panels.
  • the times of sunrise and sunset are used for minimum elevations of 5 o , but you can also include personalized information about the minimum elevation angles for sunrise and sunset in the specific geographical area where it is installed the system of the present invention. This allows a more precise calculation of the predetermined angle, but which in practical terms influences a correction less than one degree in the calculation of ALPHAO.
  • the calculation of the optimal ALPHAO angle and for a minimum occlusion is performed using a computational algorithm that can be implemented in a personal computer, application Smartphone or an electronic device that contains a GPS to perform the calculation in the area where the system of the present invention will be installed, to facilitate assembly.
  • Table 1 shows the calculation of the optimal ALPHAO angle for a first structure configuration, where the average occlusion fraction during the year for various cities is observed. This calculation is made using a minimum elevation for sunrise and sunset of 5 o and a separation between panels of 5% the length of the panel.
  • Table 2 shows the calculation of the optimal ALPHAO angle for a second alternative structure configuration, which shows the average occlusion fraction during the year for different cities. This calculation is made using a minimum elevation for sunrise and sunset of 5 o and a separation between panels of 5% the length of the panel. Table 2.
  • Figure 1 Side view of the solar tracking system with blinds, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 1 A - Scheme of obtaining a predetermined angle of inclination, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 2 Lateral view of the solar tracking system with blinds, with system of actuators of zenithal and azimuthal movement, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 3 Isometric view of the solar tracking system with blinds, with system of actuators of zenithal and azimuthal movement, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 4. Side view of the solar tracking system with blinds, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 6. Side view of the solar tracking system with blinds with horizontal axis frame, according to the prior art.
  • Figure 7. Side view of the solar tracking system with blinds, with automated cleaning system and in a state of cleanliness, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 8 Side view of the solar tracking system with blinds, with quick assembly system, according to a first structure configuration of the present invention.
  • FIG. 9 Side view of a solar collector frame with quick insertion system of solar photovoltaic type collector, according to a first structure configuration of the present invention.
  • FIG. 10 Detail side view A of a solar collector frame with rapid insertion system of a solar collector of the photovoltaic type, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 11 Scheme of control system of the solar tracking system with blinds, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 12. Segment view of the solar tracking system with blinds, in two positions at different times of the day, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 13 -Detail side view of the zenithal actuator of the blinds, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 14 Segment view of the solar tracking system with blinds, with actuator system and with automated cleaning system, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 15. -Isometric view of the solar tracking system with blinds, with actuator system and with automated cleaning system, according to a first structure configuration of the present invention.
  • Figure 16. -Side view of the solar tracking system with blinds, with actuator system and with automated cleaning system, according to a first structure configuration of the present invention.
  • FIG. 17 Isometric view of the solar tracking system with blinds, complete system without solar collectors is shown, according to a first structure configuration of the present invention.
  • FIG. 18 -Isometric view of a solar collector frame with rapid insertion system of solar photovoltaic type collector, according to the present invention, according to a first structure configuration and a second alternative structure configuration of the present invention .
  • FIG. 19 Side view of the solar tracking system with blinds, only the support pillar and the azimuthal actuator are shown, according to a first structure configuration of the present invention.
  • FIG. 20 Isometric view of the solar tracking system with blinds, according to a second alternative structure configuration of the present invention.
  • FIG. 21 Side view of the solar tracking system with blinds, according to a second alternative structure configuration of the present invention.
  • FIG. 22 Isometric view of the solar tracking system with blinds, the complete system is shown in a sun rise position of 5 o , according to a second alternative structure configuration of the present invention.
  • the present invention shows significant advances on existing systems in the industry, particularly with system efficiency, system economics and process controllability. Moreover, existing solar plants that use conventional systems of Concentration, in many instances, can be modernized to exploit the many technical and economic advantages provided by the present invention.
  • solar tracking system with blinds comprises a main frame (1) inclined with a plurality of horizontal axes (8) within the main frame (1 ), where each blind (2), is balanced and rotates with respect to a horizontal axis (8) for zenithal solar tracking, with each blind (2) formed from a plurality of solar collectors, so that each blind is separated from one another at a minimum distance (7) so that there is no occlusion for small angles of the sun's elevation (5), where the inclined main frame (1) rotates around a vertical axis corresponding to the axis of the post of support (3) for azimuthal solar tracking, where the main frame (1) is inclined at an optimal fixed angle, so that it forms an angle with a main support post (3), which corresponds to a predetermined angle of inc lination (14), and is calculated to generate the minimum occlusion between blinds, and is based on geographical location, and based on a separation between blinds (7).
  • the minimum occlusion calculation method begins at the stage of obtaining the initial parameters (116) as the geographical location, which allows to have the latitude of the geographical place, and with it the position of the sun is obtained at every moment, in addition the minimum distance (7) in which it is desired that the blinds (2) of solar collectors are separated, so as to that a percentage of the length of the solar collector is assigned, for example if it is a solar collector of the photovoltaic type, a percentage of the panel length for the separation between blinds (2) of 5% is assigned.
  • the calculation of all possible occlusion results between the blinds (2) for different angular values of the inclination (4) of the main frame (1) is performed, in based on the position of the second to second sun, day by day, until the one-year cycle is completed, obtaining different occlusion averages for different possible angles of inclination (4) of the main frame obtaining a matrix stage of data of solutions of minimum occlusion (118), then the lowest annual average occlusion value is chosen, to which an optimum inclination angle (4) will correspond, given a minimum separation (7) between blinds.
  • solar tracking system with blinds according to a first structure configuration of the present invention, where it is appreciated that the sun (1002), illuminates in a direction of elevation (1000), where the system it comprises a main frame (1) inclined at a predetermined angle of inclination (14), where a plurality of horizontal axes (8) are inscribed within the main frame (1), where each blind (2), is balanced and rotates with respect to a horizontal axis (8) for zenithal solar tracking (12), where the inclined main frame (1) rotates around a vertical axis corresponding to the axis of the support post (3) for azimuthal solar tracking (11) , where an actuator system allows the zenith (12) and azimuthal (11) movement, where the zenithal actuator is formed by a rotary actuator (9) that transmits the circular movement by means of one of a main rod (13) and pivots, that allow the aba
  • the main frame (1) is coupled to a secondary frame (15) that allows a greater rigidity and
  • solar tracking system with blinds according to a first structure configuration of the present invention, where the system it comprises a main frame (1) inclined at a predetermined angle of inclination (14), where a plurality of horizontal axes (8) are inscribed within the main frame (1), where each blind (2), is balanced and rotates with respect to a horizontal axis (8) for zenithal solar tracking (12), where the inclined main frame (1) rotates around a vertical axis corresponding to the axis of the support post (3) for azimuthal solar tracking (11) , where an actuator system allows the zenith (12) and azimuthal (11) movement, where the zenithal actuator is formed by a rotary actuator (9) that transmits the circular movement by means of one of a main rod (13) and pivots, which allow the simultaneous folding of the blinds, it should be mentioned that the main frame (1) has a plurality of longitudinal beams (45) in the same plane of the main frame (1), where the main frame (1) is coupled to a frame secondary (15) and longitu beams
  • solar tracking system with blinds comprises a main frame (1) inclined with a plurality of horizontal axes (8) within the main frame (1 ), where each blind (2) is balanced and rotates with respect to a horizontal axis (8) for zenithal solar tracking (12), with each blind (2) formed from a plurality of solar collectors, so that each blind is separated from each other in a minimum distance (7) so that there is no occlusion for small angles of the sun rise (5), where the inclined main frame (1) rotates around a vertical axis corresponding to the axis of the support post (3) to an azimuthal solar tracker (11), where the main frame (1) is inclined at an optimum fixed angle, so that it forms an angle with a main support post (3).
  • heliostat-type solar tracking system which corresponds to an embodiment of the prior art, comprises a main frame (18) that contains all the solar collectors in the same plane, where this main frame (18) It is balanced and rotates its complete structure with respect to a horizontal axis for zenithal solar tracking (19) of the entire main frame (18), where the main frame (18) revolves around a vertical axis corresponding to the axis of the pole of support for azimuthal solar tracking (20), it is clearly observed that this prior art system must move the main frame in an almost vertical position for small angles of elevation of the sun and the greater resistance to wind that opposes this structure for winds.
  • solar tracking system with main frame blinds with horizontal axis comprises a main frame (22) containing all solar collectors in blinds (21), where this main frame (22) is balanced and rotates its complete structure with respect to a horizontal axis for azimuthal solar tracking (24) of the entire main frame (22), where each blind (21) revolves around a transverse axis Within the main frame (22), where each blind turns for zenithal solar tracking (25), it is clearly seen that this prior art system has a main frame (22), in which only two blinds of a total of four for purposes of illustration, in comparison to the system of the invention of Figure 4, where the structure of the prior art is much more elongated and large, which must be supported on multiple posts (23) for resistance, with the object tive of reaching to cover small angles of elevation of the sun and there is no occlusion, especially in geographical areas of medium and high latitudes of the planet.
  • solar tracking system with blinds in a state of cleanliness comprises an automated cleaning system, where a main frame (1) inclined with a plurality of horizontal axes (8) within the main frame (1), where each blind (2) is aligned in the same plane with the main frame (1) in order to allow a cleaning roller (26) to move in the direction along the main frame (1) from top to bottom, by means of chain belts (27) and pinions (28), mobilized by means of a rotary actuator with a main pinion (33), so that when the roller ( 26) it rolls naturally or can rotate on its own axis by means of a self-propelled water or electromechanical system, where there can also be water injection to improve cleaning, it is worth mentioning that the waste falls through the separation openings ( 7) between blinds when the roller passes (26).
  • solar tracking system with blinds in the state of assembly comprises a quick-mounting system of solar collectors, where a main frame (1) inclined with a plurality of horizontal axes (8) within the main frame (1), where a plurality of support collector frames (34) form a blind (2), and where each collector frame allows the support of a solar collector of the type photovoltaic, so that each collector frame (34) is formed of two U-type longitudinal profiles (35) that function as insertion rails, where the collector frame (34) is fixed to a horizontal axis (8) that allows the rotation of the blind (2), so that in the assembly procedure each collector frame (34) rotates towards a vertical position, where a solar collector of the photovoltaic type (44) can be inserted vertically in the direction vertical (29), so that as the Photovoltaic panel (44) is inserted into the collector frame (34) is locked in its final position, being fixed inside the mentioned frame (34) when a lever lock (31) with a spring (32) is locked It is
  • quick assembly system assembly comprises a support manifold frame (34) within the blind (2) is in vertical position in the assembly process, so that the collector frame (34) is formed by two longitudinal U-type profiles (35) that function as insertion rails, where a solar collector of the photovoltaic type (44) can be inserted vertically into the vertical direction (29), so that as the photovoltaic panel (44) is inserted into the collector frame (34) it locks in its final position, being fixed within said frame (34) when a lever lock (31) with a spring (32) is in the locked position, it is worth mentioning that this quick-mount system allows bolts not required for fixing the photovoltaic panels (44) to the collector frame (34).
  • FIG. 10 shows a detail of the quick assembly system according to a first and second structure configuration of the present invention, comprising a plurality of support manifold frames (34) within each blind (2 ), where each blind (2) is upright in the assembly process, so that the collector frame (34) is formed of two U-type longitudinal profiles (35) that function as insertion rails, where a solar collector of the photovoltaic type (44) it can be inserted vertically in the vertical direction (29), so that as the photovoltaic panel (44) is inserted into the collector frame (34) it locks in its final position, remaining fixed within said frame (34) when a lever lock (31) with a spring (32) is in the locked position, it should be mentioned that when the photovoltaic panel (44) is inserted, the lever lock (31) rotates around a pivot (30) and compresses the spring
  • a control system diagram of the solar tracking system comprises a control system (100) with a local processor (101) connected to a local indication panel (103) for observing parameters and operating status, where the local processor (101) is communicated by a wireless or wired communications module (104) to a central processor (102) or to external wireless equipment (114), so that the local processor (101) is in charge of controlling the closed-loop position of the zenithal angle of the blinds (2) and the azimuthal position of the inclined main frame (1), by feedback of at least an inclination sensor (105) for the zenith angle and at least one directional rotation sensor (106) for the azimuthal angle, in addition the local processor (101) is connected to controls Doors of actuators, where a zenith actuator controller (110) controls a rotary actuator (9) for zenithal motion, and an azimuthal actuator controller (111) controls a rotary actuator (10) for azimuthal motion, and also an actuator controller of cleaning (112) controls a
  • the actuator controllers consist of motor servos that control the frequency, torque and angular speed based on the sensors located in The rotary actuator motors also mention that the local processor is connected to sensors, such as the wind speed (106) that allows to alert about a wind condition that damages the system, a captured energy and power sensor (108 ) allows to measure the electric current and electric voltage generated by the photovoltaic panels (44), a dirt sensor (109) allows to measure the level of dust on the photovoltaic panels (44), in addition to other sensors (115) related to the security of the environment or to the effort of the structures allow to detect a state of damage and alarm on the structures, or other satellite location sensors such as GPS, it is worth mentioning that the wireless equipment (114) allows to connect to the local processor so that maintenance personnel can observe the operating parameters of the system interactively.
  • solar tracking system with blinds in two positions of elevation of the sun, according to a first structure configuration of the present invention, comprises a main frame (1) inclined with a plurality of horizontal axes (8) within the main frame (1), where each blind (2), is balanced and rotates with respect to a horizontal axis (8) for zenithal solar tracking (12), with each blind (2) formed of a plurality of solar collectors, so that each blind is separated from each other in a minimum distance (7) so that there is no occlusion for small angles of the sun's elevation (5) maintaining a free space between blinds, where the main frame (1) inclined rotates around a vertical axis corresponding to the axis of the support post (3) for azimuthal solar tracking (11), where the main frame (1) is inclined at an optimal fixed angle, so that it forms a angle with a main support post (3), it should be mentioned that each blind (2) can rotate around a horizontal axis (8), to follow the zenith movement of the sun (12) to form an orthogonal angle with respect
  • the zenithal actuator system of the solar tracking system with blinds comprises an actuator system, where an zenith actuator system allows zenithal motion (12) , where the zenith actuator is formed by a rotary actuator (9) that transmits the circular movement by means of one of a main rod (13) and pivots (39), which allow simultaneous folding of the blinds (2) around axes horizontal (8), fits mention that the rotary actuator in its rotation (41) imposes a longitudinal movement (40) of the main rod (13) connected to pivots (38) that transmit the rotary movement (41) towards the blinds (2).
  • solar tracking system with blinds comprises an actuator system and a cleaning system, where in an actuator system, the zenithal actuator is formed a rotary actuator (9) that transmits the circular movement by means of one of a main rod (13) and pivots, which allow the simultaneous folding of the blinds, it should be mentioned that the main frame (1) is inclined and fixed in a predetermined angle of inclination (14) so that the main frame (1) is fixed and coupled to a secondary frame (15) that allows greater rigidity and strength of the structure, where this secondary frame (15) is fixed to a horizontal support beam (16), horizontal support beam (16) that is connected to a rotary actuator (10) that allows rotation around the vertical axis that forms the support post (3), where the aforementioned rotation allows azimuthal solar tracking (11), it should be mentioned that in the automated cleaning system, where each blind (2) is aligned in the same plane with the main frame (1) in order to allow a roller cleaning (26), move in the direction along the main frame (1) from top to bottom
  • iso metric view of a solar tracking system with blinds comprises a main frame (1) inclined at a predetermined angle of inclination (14) , where a plurality of horizontal axes (8) are inscribed within the main frame (1), where each blind (2), is balanced and rotates with respect to a horizontal axis (8) for zenithal solar tracking (12), where
  • the inclined main frame (1) revolves around a vertical axis that corresponds to the axis of the support post (3) for azimuthal solar tracking (11), where an actuator system allows the zenith (12) and azimuthal (11) movement ), where the zenithal actuator is formed by a rotary actuator (9) that transmits the circular movement by means of one of a main rod (13) and pivots, which allow the simultaneous folding of the blinds,
  • the main frame l (1) has a plurality of longitudinal beams (45) in the same plane of the main frame (1), where the main frame (1) is coupled to a secondary
  • solar tracking system with blinds comprises an actuator system and a cleaning system, where in an actuator system, the zenithal actuator is formed a rotary actuator (9) that transmits the circular movement by means of one of a main rod (13) and pivots, which allow the simultaneous folding of the blinds, it should be mentioned that the main frame (1) is inclined and fixed in a predetermined angle of inclination (14) so that the main frame (1) is fixed and coupled to a secondary frame (15) that allows greater rigidity and strength of the structure, where this secondary frame (15) is fixed to a horizontal support beam (16), horizontal beam of support (16) that is connected to a rotary actuator (10) that allows rotation around the vertical axis that forms the support post (3), where the mentioned rotation allows azimuthal solar tracking (11), it is worth mentioning that in the automated cleaning system, where each blind (2) is aligned in the same plane with the main frame (1) in order to allow a cleaning roller (26) to move in the direction along the main frame (1) from top to bottom
  • the structure of the solar tracking system without the solar collectors comprises a main frame (1) inclined at a predetermined angle of inclination ( 14), where a plurality of horizontal axes (8) are inscribed within the main frame (1), where each blind (2) is formed of a plurality of support collector frames (34) and a plurality of solar collectors (44 ) inscribed in said collector frames (34), and where each collector frame allows the support of a solar collector of the photovoltaic type (44), so that each collector frame (34) is formed of two longitudinal profiles type U ( 35) that function as insertion rails, where the collector frame (34) is fixed to a horizontal axis (8) that allows the blind (2) to rotate, so that during installation a solar collector of the photovoltaic type or (44) can be inserted vertically in the vertical direction (29), so that as the photovoltaic panel (44) is inserted into the collector frame (34) locks in its final position, being fixed within the mentioned frame (34) when
  • FIG. 18 shows a collector frame and a solar collector of the photovoltaic type being inserted, according to a first and second structure configuration of the present invention, where the system of the invention comprises a plurality collector frame (34) of support within a blind (2), where each blind (2) is in vertical position in the assembly process, so that the collector frame (34) is formed of two longitudinal profiles type U (35) which function as insertion rails, where a solar collector of the photovoltaic type (44) can be inserted vertically in the vertical direction (29), so that as the photovoltaic panel (44) is inserted into the collector frame (34) is locked in its final position, being fixed within said frame (34) when a lever lock (31) with a spring (32) is in the locked position, it should be mentioned that when the photovoltaic panel (44) is inserted ) the lever lock (31) rotates around a pivot (30) and compresses the spring (32), it is worth mentioning that each collector frame has a lower cross beam (37) and an upper beam (45) and a cross beam central (
  • solar tracking system with blinds comprises an azimuthal actuator system, where an azimuthal actuator allows azimuthal movement (11), where the Azimuthal actuator is formed an azimuthal rotary actuator (10) firmly fixed to the main support post (3), where the azimuthal rotary actuator (10) transmits the circular movement to a rotary base (43), where the rotary base (43) is firmly fixed to a horizontal support beam (16), where the horizontal support beam is firmly fixed to a secondary frame (15) located on the sides and a plurality of secondary longitudinal beams (46) inside, so that the frame secondary (15) and secondary longitudinal beams (46) support the main frame (1), where the main frame (1) supports a plurality of horizontal axes (8), which allow the folding To the blinds (2), it should be mentioned that the azimuthal rotary actuator (10) in its rotation (11) imposes a rotary movement on the rotary body (43) to rotate the entire structure of the main frame (1) in a solar track azimuthal
  • isometric view of a solar tracking system with shutters comprises a main frame (1) supporting a plurality of main supporting pillars (3) which in turn support a plurality of horizontal and parallel transverse axes (8), where each main support pillar (3) supports a horizontal transverse axis (8) by means of a tubular support (51), so that each horizontal transverse axis (8) supports a single blind (2) which in turn contains the solar collectors (44), where a plurality of main support pillars (3) are anchored to the fixed main frame (1), so that each main support pillar (3) allows the azimuthal rotation of a blind (2), where the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8) form a straight line (61) that is inclined with respect to the horizontal plane, where a first actuator group (10) allows the rotation of each blind (2) around each vertical axis of the main support posts (3) allowing azimuthal tracking of the sun (11), where a second actuator group (9) allows the rotation or folding of the
  • side view of a solar tracking system with blinds comprises a first actuator group (10) allows the rotation of each blind (2) around each vertical axis of the main support posts (3) allowing tracking azimuthal of the sun (11), where serrated chains (50) transmit the azimuthal rotation of each blind (2) by pinions on each axis of rotation of the main pillars (3), where the serrated chains (50) are coupled to about pinions (60) communicated by a common axis (59) connected to the rotary actuator (10) of the electromechanical type that transmits the azimuthal rotation movement, also a second actuator group (9) allows the rotation or folding of the blinds (2), movement that is carried out in multiple horizontal transverse axes (8), where these axes are mechanically coupled to a rod (52) that moves vertically and transfers a rotation to a pair of handles (53) attached to the transverse axis of rotation (8) , rotation that is transferred by a rod (57) and a pivot
  • a solar tracking system with blinds in a position of a sun rise of 5 or corresponding to a sunset comprises a main frame (1) that supports a plurality of main support pillars (3) which in turn support a plurality of horizontal and parallel transverse axes (8) , where each main support pillar (3) supports a horizontal transverse axis (8) by means of a tubular support (51), so that each horizontal transverse axis (8) supports a single blind (2) which in turn contains a the solar collectors (44), where a plurality of main support pillars (3) allow azimuthal rotation (11) of each blind (2), so that it is observed that the blinds are practically one above the other in a vertical plane for extreme angles of the azimuth angle of the sun, where the elevation angles are low.
  • the use of solar tracking systems produces a notable increase and improvement in the amount of solar energy collected.
  • this increase in efficiency translates into an increase in the costs of these systems compared to systems without solar tracking, which would affect the profitability of a plant operation.
  • the present invention manages to recover energy with greater efficiency than traditional solar tracking systems since it manages to operate with small angles of elevation of the sun, which is very advantageous especially for medium and high latitudes of our planet.
  • Much of this increase in energy efficiency of the system of the invention is due to the use of a group of solar collector blinds in an inclined plane at an optimum angle, angle of inclination that is calculated to minimize occlusion for small angles of elevation of the sun.
  • the predetermined angle between the line formed by the longitudinal centers of the horizontal transverse axes of each blind and the vertical axis or pole is calculated for a given geographic location and separation of panels, where occlusion is minimized between panels throughout the year.
  • the ALPHAO angle for a panel separation of 5% of the panel length may vary between approximately 47 ° to 65 ° depending on the geographical latitude. For latitudes greater than ⁇ 65 ° the ALPHAO angle converges at approximately 65 ° since in polar latitudes there are days when the sun may not rise as well as days where the sun does not hide at different times of the year. However, in these polar latitudes there are no large human settlements.
  • the calculation of the predetermined angle of the frame is performed for a sunrise and sunset time that is calculated for a minimum elevation of 5 degrees.
  • the line of sight in the sun at lower elevations near the horizon is blocked by buildings, trees, mountains or clouds.
  • the times of sunrise and sunset can be customized in the calculation for the particular configuration of a geographical area where the minimum rises of sunrise and sunset can be different and asymmetric. For example, on the side of a hill or mountain
  • the method of calculating the predetermined angle of the frame is a numerical algorithm that can be implemented in a personal computer, Smartphone device, or in a dedicated electronic device whose purpose is to perform the calculation in the same area of installation, to facilitate assembly setup.
  • the system may comprise a pressure sensor in the blind actuator whose objective is to inform the control system to orient the blinds horizontally in cases of high winds, as well as to orient the blinds. vertically in case of heavy rain or snow.
  • one of the factors in the calculation of the optimum angle of inclination of the straight line formed by the longitudinal centers of the horizontal axes of each blind is the separation between blinds.
  • a separation between panels of 5% of the length of the blind has been used.
  • the predetermined angle of the frame must be recalculated, resulting in different values of ALPHAO and average occlusion.
  • a frame that is as compact as possible is desirable to reduce costs and torques in the frame structure, so that a minimum separation between panels is sought, but at the same time large enough so that the average occlusion is as small as possible possible.
  • the height of the vertical axis or central pillar should be minimal such that the lower end of the blind that is at a lower height is closest to the ground or base platform, since this minimizes occlusion between multiple systems spaced apart in an arrangement, such as a farm or solar plant.
  • the system of a first structure configuration contemplates a frame fixed at a predetermined angle with respect to the vertical axis or support post.
  • the fixed frame allows lower torques and moments on the vertical axis compared to heliostat systems. This allows less structural reinforcements, which translates into lower costs.
  • the system of a second structure configuration includes a fixed and recessed floor frame.
  • the recessed frame allows blinds with a greater number of photovoltaic panels since the system has a plurality of support pillars, compared to heliostat type systems. This allows less structural reinforcements, which translates into lower costs.
  • the system of a first structure configuration contemplates a predetermined angle of the frame that is the optimum to obtain the lowest annual average occlusion between panels. This allows maximizing solar collection compared to other blind systems. For example, for the city of Santiago, the system of the present invention generates less than 2% annual average occlusion for the calculated optimum inclination angle, and in similar blind systems the average occlusion percentage is greater than 40%.
  • the system includes a cleaning mechanism consisting of a roller that can clean the solar collectors during periods without sunlight where the blinds can be automatically configured parallel to the main frame to facilitate cleaning.
  • the system allows to position the blinds in favorable positions during snow, rains or strong winds, to protect the solar collectors from possible damages.
  • the solar tracking control algorithm is simple and can be implemented in low-cost microcontrollers.
  • the structure of the frame is light and balanced, which translates into lower cost and high strength
  • the system includes a quick mounting system for solar collectors.
  • the disadvantages are minimal and rectifiable, the main ones being:
  • the method of calculation of the predetermined angle is designed to be optimal based on an annual average to avoid changing this configuration in different seasons of the year, this implies that the system will not be completely optimal in the summer or winter. However, this could easily be corrected if the predetermined angle was changed 3 times a year for a summer setting, a winter setting and a spring / fall setting. In any case, it should be estimated if it is justified to have to change the predetermined angle a couple of times a year in exchange for a slight energy gain. In the particular case of the configuration in the city of Santiago, for a separation of 5% the length of panels, we have that the occlusion is less than 2% so changing the predetermined angle for different stations is not justified.
  • first structure configuration of the present invention shows a solar tracking system with blinds, formed of 16 solar collectors of the photovoltaic type and 4 blinds, according to a first structure configuration of the present invention, where a first structure configuration that it comprises a main frame (1) in an inclined plane with respect to the horizontal or balanced and balanced outer main frame, which contains a plurality of horizontal and parallel transverse axes (8), where each horizontal transverse axis (8) contains a blind ( 2) which in turn contain the solar collectors (44) at least partially within the perimeter of the main frame (1), where only one pillar p main support (3) that is anchored to the floor, allows the azimuthal rotation of the inclined main frame (1), where a plurality of blinds (2) formed of a plurality of solar collector frames (34), mounted on the transverse axes horizontal (8), so that the blinds (2) are always in
  • FIG. 20 schematic side plan and isometric views of the solar tracking system with blinds are shown, and by way of example of application represents a solar tracking with blinds, formed of 16 solar collectors of the photovoltaic type and 2 blinds, according to a second structure configuration of the present invention, where a second alternative structure configuration comprising a main frame (1) which supports a plurality of main support pillars (3) which in turn support a plurality of horizontal and parallel transverse axes (8), where each main support pillar (3) supports a horizontal transverse axis (8) that supports a single blind (2) and which in turn contains the solar collectors (44), where a plurality of main support pillars (3) are anchored to the fixed main frame (1), so that each main support pillar (3) allows the azimuthal rotation of a blind (2), where the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8) form a straight line (61) that is inclined with respect to the horizontal plane.
  • a second alternative structure configuration comprising a main frame (1) which supports a plurality of main support pillars (3) which
  • each blind (2) It has a rectangular shape and is formed of a plurality of solar collector frames (34) that support or contain the solar collectors (44), so that each blind (2) is counterbalanced and balanced, and revolves around the axis horizontal transverse (8) with a rotation or rotation that allows the zenithal tracking movement of the sun (12), each blind (2) of solar collectors, has a rectangular shape, and is formed by a plurality of collector frames (34), which are rectangular and are e n the same plane, where each collector frame (34) is the support of each solar collector (44), so that each collector frame (34) is mechanically coupled to the horizontal transverse axis (8) of rotation, where the plurality of blinds (2) a plurality of blinds (2) formed from a plurality of solar collector frames (34), mounted on the horizontal transverse axes (8), so that the blinds (2) are always in parallel planes, each blind ( 2) It has a rectangular shape and is formed of a plurality of solar collector frames (34) that support or contain the solar collectors (44), so that each blind
  • each main support post (3) supports an axis horizontal transverse (8) by a tubular support (51), and in turn a horizontal transverse axis (8) supports a blind (2), so that in both configurations of structures, the rotation with respect to the vertical axis allows the azimuthal tracking movement of the sun (11) by means of a system of actuators, where the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8) of each blind (2) form a straight line (61) that has a predetermined inclination angle (14) with respect to the axis of the pole or the axes of the main posts of support (3), wherein said predetermined angle of inclination (14) corresponds to the angle between the line (61) formed by the longitudinal centers of each horizontal transverse axis (8) and the axis of the main support pillar (3) or of alternatively, the axes of the main support pillars (3), so that for a first structure configuration the
  • each main support pillar axis allows azimuthal rotation of a blind (2) and the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8) form a straight line (61) that is inclined with respect to the horizontal plane.
  • the main frame (1) comprises being made of a resistant material such as steel, aluminum, fiberglass, carbon fiber or plastic among other materials of High strength and low weight.
  • said predetermined angle of inclination (14) corresponds to an optimal value, in order to produce the minimum average occlusion between the blinds (2) throughout the year, allowing the solar collectors to have a long time sun exposure, since which operates with small angles of elevation of the sun (5), as small as 5 or less for the elevation of the sun (5), where said predetermined angle of inclination (14) is obtained from the minimum occlusion method, which comprises the following stages:
  • the minimum distance (7) in which it is determined is determined as a parameter you want the blinds (2) of solar collectors to be separated, so that a percentage of the length of the solar collector is assigned, for example if it is a solar collector of the photovoltaic type a percentage of the panel length is assigned for the separation between blinds (2) of 5% of the length of the photovoltaic panel, so that parameters of ALPHAO (4), ELEV (5), ALPHA (6), dX (7), L are assigned, where:
  • ALPHAO corresponds to an angle of inclination of the line formed by the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8), with respect to the horizontal plane, this parameter is the one that is optimized to minimize the separation between panels and minimize occlusion, it is worth mentioning that the angle ALPHAO (4) is complementary to the predetermined angle of inclination of the main frame (1);
  • ELEV corresponds to an angle of elevation of the sun from the horizontal plane
  • ALPHA corresponds to an angle of inclination of each blind (2) with respect to the line formed by the longitudinal centers of the horizontal transverse axes (8);
  • dX corresponds to the separation distance between blinds, so that at a lower separation a more compact main frame is allowed, where dx (7) is chosen in 5% of the panel length for example;
  • OCL_DIA corresponds to the average fraction of daily occlusion
  • TI and T2 correspond to the sunrise and sunset time respectively, in practical terms, so these times are defined when the sun's elevation is a small angle, for example 5 or ;
  • OCL _ DAY j "([cos (r / 2 - ALPHAO - ELEV t)) - 1] ⁇ ⁇ 2L + dX] -2L) - dt
  • cos (AZ) ALPHAZ represents an angle that corresponds to the projection of ALPHAO in the plane with direction in an azimuth of the sun at a given moment;
  • AZ represents the azimuth angle of the sun at a given moment
  • the choice of the ALPHAO angle (119) that produces the lowest annual average occlusion value is called an optimal inclination angle (4), given a minimum separation (7) between blinds of 5% of the panel length for example, obtaining the predetermined angle of inclination (14) that will correspond to the complementary angle of ALPHAO (4), for example for the city of Santiago of the country of Chile, with respect
  • ALPHAO corresponds to the value of 55.1 ° for a dX separation with a value of 5% of the panel length, so that the predetermined inclination angle (14) corresponds to 34.9 ° with a Total annual average occlusion of 1.7%
  • ALPHAO corresponds to the value of 67.8 ° for a dX separation with a value of 5% of the panel length, so that the angle of inclination
  • the default (14) corresponds to 22.2 ° with a total annual average oc
  • said predetermined angle of inclination (14) corresponds to an optimum value, where the minimum separation distance (7) between blinds (2) comprises a typical value between 5% to 50% of the length of a solar collector, where for a standard 250watts photo voltaic panel that has dimensions of width 1637mm and a length of 992mm, so that the minimum separation (7) Between blinds it is 49.6mm for a value of 5% of the length.
  • the predetermined inclination angle (14) corresponds to the angle that forms the longitudinal centers of the axes horizontal cross-sections (8) with respect to the vertical axes of the main support pillars (3) at a predetermined angle of inclination (14), where said angle varies between 18 ° to 24 ° given a minimum separation (7) of blinds with dX of 10%, where 18 ° corresponds to latitudes near the line of Ecuador and 24 ° for latitudes near the poles, so that for some cities such as Santiago de Chile that mentioned angle is 22.2 °, Sao Paulo of Brazil 21.4 °, Miami of USA 21.5 °, Dallas of USA 22.1 °, Sydney of Australia 22.2 °, New York of USA 22.3 °, Paris of France 21.0 °, London of England 21.4 °, Berlin of Germany 20.4 °, Punta Aren Ace of Chile 21.2 ° and Anchorage of Alaska 20.0 °.
  • a first actuator group (10) allows the rotation of the blind assembly within the main frame (1) around the vertical axis of the main support post (3), where a second actuator group (9) allows the rotation or folding of the blinds (2) , movement that is carried out in multiple horizontal transverse axes (8), where these axes are mechanically coupled with a lateral rod (13) by means of a rod pivot (38) to produce the rotation or rotation in zenithal tracking (12),
  • a first actuator group (10) allows the rotation of each blind (2) around each vertical axis of the main support posts (3) allowing azimuthal tracking of l sun (11), where toothed chains (50) they transmit the azimuthal rotation of each blind (2) by pinions on each axis of rotation of the main pillars (3), where the toothed chains (50) are coupled to pinions (60) communicated by
  • a control system that controls the movement of the actuators (9,10), based on the instructions received by a central (102) and / or local processor (101), where for each moment of time a zenith angular position (12) of the blinds (2) and the rotation around the vertical post (3) allowing azimuthal rotation (11), a control that is carried out by signals from inclination sensors (105) or rotation sensors (106), to have a closed loop control with a tracking accuracy of less than 0.1 °, where the inclination sensors (105) allow to obtain the angle of zenith inclination (12) of the blinds (2), and can be microelectronic, electromechanical or optical, where the rotation sensors (106) allow to obtain the azimuthal direction of rotation (11) of each blind (2) or a group of they, and can be microelectronic, electromechanical or optical, where the control system comprises being implemented in a low-cost micro
  • a solar collector cleaning system which is formed of one or a plurality of horizontal rollers (26) with plastic bristles rotating on their own axis, each horizontal roller (26) mechanically coupled to toothed chains (27) that are moved by rotational actuators (33) and pinions (28), located and fixed on the side edges of the frame main (1) for the first structure configuration or located on the outside of each blind and fixed to the horizontal transverse axis (8) for the second alternative structure configuration, so that each cleaning roller (26) is moved by sliding or rolling from top to bottom on the blinds (2), making a certain amount of predetermined iterations or based on a sensor that determines the amount of dust or particulate, where the automated cleaning operation starts by folding down and aligning the blinds (2) forming a only flat, operating either in dry regime or with water injection, where the cleaning operation can be carried out in a programmed way or by activation of a dirt sensor,
  • a rapid solar collector mounting system consisting of rails of quick insertion (35) located in each collector frame (34), so that the solar collectors (44) are inserted vertically when the solar collector frames (34) are in vertical position, being inserted by two rails (35) that lock a lock with a spring (32) when the panel frames (34) of each blind (2) are moved towards their final locking position, so that in this assembly process the control system is in the assembly state
  • the quick collector mounting system comprises a safety fixation that contains a spring or a flexible element that allows a plastic deformation, such as a sheet of tempered metal or a deformable plastic.
  • the collector frame (34) comprises being made of a resistant material such as steel, aluminum, fiber of glass, carbon fiber or plastic among other materials of high strength and low weight.
  • the minimum distance between them should be calculated so that there is no occlusion in horizontal terrain, distance that can be significantly reduced in land that has a steep natural slope towards the south or north direction, depending on the latitude of the geographical location of the place.
  • the present invention is applicable for different types of solar collectors such as photovoltaic type (44), solar thermal, parabolic solar thermal, among others.

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Abstract

La presente invención se refiere a sistemas de seguimiento solar de persianas de colectores solares y métodos asociados, en donde los sistemas son compactos y de alta eficiencia energética. Una modalidad del sistema comprende un marco principal (1) posicionado en un plano inclinado con respecto a la horizontal o bastidor principal exterior contrapesado y balanceado, que contiene una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), estando dicho marco principal (1) conectado a un pilar principal de soporte (3) que está anclado al piso y que permite el giro azimutal del marco principal (1) inclinado; una pluralidad de persianas (2) formadas de marcos de colectores solares (34) montados sobre los ejes transversales horizontales (8) y acoplados mecánicamente a ellos, de manera que siempre las persianas (2) están en planos paralelos; colectores solares (44) soportados o contenidos por los marcos de colectores solares (34); un sistema de actuadores que permiten el movimiento del seguimiento solar; un sistema de control que controla el movimiento de los actuadores en base a las instrucciones recibidas por un procesador central (102) y/o local (101); y un sistema de limpieza de los colectores solares, que está formado de uno o una pluralidad de rodillos horizontales (26) con cerdas que giran en su propio eje, acoplado cada rodillo horizontal (26) mecánicamente a cadenas de eslabones (27) que son movidas por actuadores rotacionales (33) y piñones (28), ubicadas y fijadas en los bordes laterales del marco principal (1).

Description

SISTEMAS DE SEGUIMIENTO SOLAR DE PERSIANAS DE COLECTORES SOLARES Y MÉTODOS ASOCIADOS MEMORIA DESCRIPTIVA
CAMPO Y OBJETIVO DE LA INVENCIÓN
Por largo tiempo los requerimientos de energía eléctrica han crecido en forma sostenida. El objetivo del sistema de seguimiento solar descrito en este documento es optimizar la captación de energía solar fotovoltaica para mejorar la calidad del medio ambiente mediante la conservación de otros recursos energéticos, por ejemplo, los combustibles fósiles, hidroeléctricos, etc. También es un objetivo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La energía solar, en especial la energía fotovoltaica sigue la tendencia de ser más utilizada en el mundo, debido a la continua baja de costos en la fabricación de paneles fotovoltaicos en masa. Aunque el valor de los paneles fotovoltaicos ha bajado permitiendo que sean más accesibles al común de los hogares, no deja de ser una inversión importante para las familias, por lo que se necesita maximizar la energía que entrega una matriz de paneles fotovoltaicos, especialmente si se trata de lugares geográficos donde el promedio de elevación solar es bajo.
Un reto fundamental en la industria de la energía solar es la de absorber y convertir la radiación solar en formas útiles de energía de manera eficiente. Con este fin, en la captación solar fotovoltaica moderna existen sistemas ("PV"). Por ejemplo, algunos sistemas fotovoltaicos comprenden conjuntos de paneles fijos y estáticos; es decir, los paneles de captación solar se fijan en un solo plano y ángulo, a menudo en el hemisferio sur orientados en dirección norte para maximizar la incidencia de la radiación solar sobre sus paneles. En general, los sistemas estáticos están lejos de ser óptimos, ya que no siguen al sol y por lo tanto no capturan la energía solar en su máxima capacidad. Además, incluso cuando los paneles fotovoltaicos estáticos están instalados en el mejor ángulo fijo posible para maximizar la exposición solar, en promedio, sólo producen entre el 40 y 60% de la energía que potencialmente serían capaces de producir.
Por lo tanto, en un esfuerzo por mejorar la eficiencia de los sistemas solares estáticos, los sistemas fotovoltaicos se han desarrollado para seguir el movimiento del sol "sistemas de seguimiento solar", los cuales pueden seguir al sol sobre uno o dos ejes. Los sistemas de seguimiento que se mueven en torno a un solo eje se conocen como "sistemas de seguimiento de un solo eje". Asimismo, los sistemas de seguimiento que se mueven alrededor de dos ejes se conocen como "sistemas de seguimiento de eje dual".
Sistemas de seguimiento solar de un solo eje suelen seguir el movimiento del sol de este a oeste en el plano horizontal, dicho movimiento se conoce comúnmente como el seguimiento "azimutal". Los sistemas de seguimiento de un solo eje pueden producir un incremento aproximado de 15-25% con respecto a la eficiencia de un sistema estático comparable, es decir, comparado con un sistema fijo que tiene un mismo número de elementos de la colección. De la misma manera, los sistemas de seguimiento de eje dual también siguen el movimiento azimutal del sol, pero además, siguen la elevación angular del sol respecto al horizonte que se conoce comúnmente como movimiento "cenital". La elevación máxima del sol en un día cualquiera depende de la latitud geográfica y la época del año. Por ejemplo, durante el invierno en las latitudes del sur, el sol se eleva hacia el norte y dicha elevación promedio es mucho menor de lo que es durante el verano, por lo tanto los sistemas de seguimiento de eje dual producen aproximadamente el 40% o más de la producción de energía en comparación a una un sistema estático comparable. Es decir, los sistemas de eje dual pueden alcanzar eficiencias de captación solar cercanas al 100% de su potencial, ya que permiten mantener los paneles fotovoltaicos perpendiculares a la dirección del sol en todo momento durante el día.
Muchos de los sistemas de seguimiento de doble eje actuales, como los sistemas heliostatos comprenden un marco principal con una matriz de paneles en un solo plano, con un poste vertical central o posterior. En estos sistemas heliostatos, las estructuras del sistema de montaje deben ser suficientemente resistentes para soportar el peso de los conjuntos de panel montado en el mismo y ser construido para soportar grandes cargas de viento. Además para ángulos de elevación del sol pequeños deben moverse en posición casi vertical, lo que provoca una mayor exposición al viento, además dicho movimiento de rotación cenital, se realiza mediante grandes torques, en especial si existe la presencia de fuertes vientos. Los costos asociados con un mayor soporte estructural de la matriz de captadores solares y el mayor dimensionamiento de actuadores electromecánicos o hidráulicos, junto con el sobre dimensionamiento de las fundaciones son un problema actual de los sistemas de seguimiento tradicionales.
Lo que se necesita, por lo tanto, es un sistema de bajo costo, físicamente robusto, y de doble eje de seguimiento solar o múltiples ejes dentro del marco de la matriz de captadores solares, que sea capaz de trabajar en ángulos pequeños de elevación solar, típicamente menores a 10°, para poder captar la mayor cantidad de tiempo la energía solar desde que amanece hasta que oscurece. En este sentido, han habido varios intentos de incorporar un mecanismo de seguimiento de doble eje, en un marco de bajo costo.
Uno de los sistemas tradicionales que muestra una estructura de seguimiento solar de múltiples ejes, es un sistema de persianas descrito en el documento de patente US8119963B2, este sistema presenta grandes ventajas estructurales respecto al sistema de heliostato, pero su eficiencia de captación solar cae para ángulos de elevación solar pequeños, este sistema de persianas o celosías no presenta una solución adecuada para ángulos de elevación del sol pequeños, formando oclusión o sombras entre las persianas. Cabe mencionar sobre el documento US8119963B2 (ver figuras 1-14), que el marco estructural que sostiene a las persianas gira sobre un eje horizontal que sigue el movimiento azimutal del sol, y donde las persianas están montadas en múltiples ejes paralelos sobre el marco principal, ejes que siguen el movimiento cenital del sol, la principal desventaja que radica en este sistema tradicional es que el marco principal gira en un eje horizontal, es decir perpendicular al cénit, lo que provoca indudablemente que para ángulos de elevación solar pequeños se produzcan sombras en las persianas contiguas. Lo descrito anteriormente podrá comprobarse claramente en la divulgación de este documento y sus figuras.
Otro de los sistemas tradicionales publicado en la solicitud de patente US20090250095 da a conocer un eje de doble módulo de seguimiento solar de bajo perfil montado sobre un bastidor o marco circular y que tiene múltiples filas paralelas de paneles fotovoltaicos o persianas (figuras 16-22 y párrafo 90). En el sistema descrito en US20090250095 el marco principal que sostiene a las persianas, gira sobre un eje perpendicular al plano formado por mismo marco, de manera que ese giro sigue el movimiento azimutal del sol, y las múltiples persianas montadas en el marco principal, giran siguiendo el movimiento cenital del sol. Por lo que el sistema descrito en US20090250095 también posee la desventaja indudable que para ángulos de elevación solar pequeños produce sombras en las persianas contiguas. Esto también podrá comprobarse claramente en la divulgación de este documento y sus figuras.
Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención superar los inconvenientes y desventajas presentes en los dispositivos y sistemas del estado del arte, optimizando la captación de energía solar fotovoltaica para mejorar la calidad del medio ambiente mediante la conservación de otros recursos energéticos, por ejemplo, los combustibles fósiles, hidroeléctricos, etc. También es un objetivo reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
RESEÑA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona de manera particular y específica a un sistema de seguimiento solar con persianas captadoras de alta eficiencia, formando un sistema de seguimiento solar de múltiples ejes y que es capaz de operar con ángulos pequeños de elevación del sol, maximizando la eficiencia energética, especialmente en zonas geográficas de medias y altas latitudes.
El sistema de la presente invención descrito en mayor detalle a continuación resuelve los problemas descritos anteriormente en sistemas tradicionales. Específicamente, para una primera configuración de estructura, el sistema descrito en este documento comprende un sistema de estructuras de bajo costo, que comprende un bastidor o marco principal exterior contrapesado con vigas transversales dentro del marco principal, y una pluralidad de marcos internos contrapesados que corresponde a persianas que contienen a los colectores solares al menos parcialmente dentro del perímetro del marco principal, donde el marco principal gira en torno a un eje vertical o poste, donde el plano formado por el marco principal tiene un ángulo predeterminado de inclinación con el eje del mencionado poste. Este ángulo predeterminado de inclinación es fijo y será de valor distinto para diferentes zonas geográficas del planeta. Este ángulo predeterminado de inclinación es el ángulo óptimo calculado para una zona geográfica, en base a valores promedios de la elevación del sol, en base a valores mínimos angulares de elevación del sol, en base a el abatimiento angular mínimo de las persianas, y la separación entre persianas, donde el método de cálculo óptimo del mencionado ángulo predeterminado de inclinación tiene como objetivo que se minimicen o no se produzcan sombras u oclusiones entre las persianas de colectores solares para los valores mínimos o máximos de la elevación solar prefijados y que la separación o distancia entre persianas sea mínima. De manera que el marco principal gira en torno al poste principal para seguir el ángulo azimutal y el abatimiento de las persianas para seguir el ángulo cénit. El método de cálculo de este ángulo predeterminado de inclinación será descrito en detalle en este documento. A modo de ejemplo para la ciudad de Santiago, coordenadas latitud -33,457° longitud -70,65°, y utilizando una distancia entre persianas de un 5 % del largo de una persiana, de manera que con dicha configuración se obtiene que los paneles pueden oscilar un ángulo crítico o de abatimiento máximo de + 17,75° en donde no habría oclusión o sombras sobre otras persianas contiguas, donde además se obtiene como resultado que el ángulo predeterminado de inclinación óptimo del panel es 34,9°, en donde ocurre una oclusión total menor al 1,7% promedio durante el año. Estos resultados comparados con el 42,1% de oclusión obtenido usando el sistema tradicional del documento US20090250095, y el 42,8% obtenido usando el documento de la patente US8119963 B2, indican claramente que el sistema de seguimiento solar desclasificado aquí, permite una configuración más eficiente, compacta y con menor oclusión.
Además de las ventajas mencionadas anteriormente que posee el sistema de la presente invención, cabe mencionar que para una primera configuración de estructura, usando un ángulo fijo predeterminado de inclinación del marco principal de las persianas, se logra reducir el estrés y la tensión en el poste principal de montaje, y los materiales del marco principal no deberán ser sobredimensionados debido a que el poste principal ya no debe generar torque cenital, y a que la carga del viento se reduce drásticamente en comparación con los sistemas de heliostatos tradicionales con marcos de matrices de colectores solares.
Una manera que se desarrolló para calcular el ángulo predeterminado de inclinación del marco principal, con respecto a la primera configuración de estructura del sistema de seguimiento solar de la presente invención, comprende un método de cálculo de oclusión. La oclusión entre paneles solares en un sistema de persianas o celosías se refiere a la sombra que pueden generar entre sí, lo cual genera una degradación en la eficiencia energética ya que los paneles no están totalmente expuestos a la radiación solar. El grado de bloqueo u oclusión entre paneles solares va a depender de los siguientes factores: la configuración de los paneles, la posición del sol a lo largo del día y época del año, de la ubicación geográfica en particular de la latitud.
Una de las mejoras más importantes de la presente invención es que permite un mínimo de oclusión en una configuración más compacta, en comparación a otros sistemas de persianas tradicionales. El sistema de la presente invención en relación a una primera configuración de estructura se instala con una inclinación del marco específica, ángulo predeterminado de inclinación del marco principal es el ángulo del plano del marco con respecto al poste de soporte, que es óptimo dependiendo de la ubicación geográfica.
Una manera que se desarrolló para resolver los problemas asociados a la técnica anterior comprende una primera configuración de estructura y otra segunda configuración de estructura, de acuerdo a la presente invención, explotan la optimización de un ángulo fijo predeterminado de persianas para minimizar la oclusión de promedio anual en ángulos pequeños y altos de la elevación del sol, dada una separación mínima entre las mencionadas celosías. La primera configuración de estructura comprende un grupo de celosías que se abaten en torno a ejes transversales horizontales para el seguimiento cenital y donde dicho grupo de persianas gira en su conjunto en torno a un poste principal de soporte, donde el ángulo predeterminado de inclinación corresponde al que se genera entre la recta formada de los centros de cada eje transversal horizontal y el poste principal de soporte, ángulo que es equivalente al que se forma entre el plano del marco principal y el poste de soporte principal. Por otra parte, la segunda configuración alternativa de estructura, comprende un grupo de persiana que se abaten en torno a ejes transversales horizontales para el seguimiento cenital y donde cada persiana dentro de una pluralidad de persianas gira en forma individual en torno a un solo poste principal de soporte dentro de una pluralidad de postes principales de soporte, donde el ángulo predeterminado de inclinación corresponde al que se genera entre la recta formada por los centros longitudinales de cada eje transversal horizontal y el o los postes principales de soporte.
El término usado aquí "ángulo predeterminado de inclinación del marco principal", para una primera configuración de estructura y la segunda configuración alternativa de la presente invención, se refiere al ángulo que forma la recta de los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales con respecto a un eje del o los postes principales de soporte vertical, según sea la configuración de estructura utilizada de acuerdo a la presente invención.
El método de cálculo de oclusión del sistema de la invención permite obtener la oclusión para las dos configuraciones de estructura de acuerdo a la presente invención, donde el cálculo de oclusión se realiza en las siguientes etapas:
La primera etapa del método de cálculo de oclusión del sistema de la invención, comprende la determinación y definición de los parámetros y variables involucradas en el cálculo de la oclusión promedio diaria entre paneles.
Los parámetros y variables son los siguientes:
ALPHAO: corresponde a un ángulo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8), respecto al plano horizontal, este parámetro es el que se optimiza para minimizar la separación entre paneles y minimizar la oclusión, cabe mencionar que el ángulo ALPHAO (4) es el complementario del ángulo predeterminado de inclinación del marco principal (1);
ELEV: corresponde a un ángulo de elevación del sol desde el plano horizontal;
ALPHA : corresponde a un ángulo de inclinación de cada persiana (2) respecto a la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8); dX: corresponde a la distancia de separación entre persianas, de manera que a menor separación se permite un marco principal más compacto, donde dx (7) se elige en un 5 % del largo del panel por ejemplo;
L: corresponde a la mitad del largo del panel o persiana, por ejemplo un panel solar estándar de 250 Watts tiene dimensiones Ancho 1637mm, largo 992mm, y espesor de 40mm, de manera que L=495mm;
Por construcción geométrica tenemos la relación de ángulos:
ELEV + ALPHAO + ALPHA = π/2
Para el cálculo de oclusión diaria aplicado a la primera configuración de estructura se obtiene de la siguiente manera:
Se define D como la separación de la proyección del sol entre los centros de giro de cada persiana, esta cantidad se puede calcular como:
D
cos(ALPHA)
2L + dX
Se define dP como la separación entre dos líneas paralelas en dirección del sol que pasan por los bordes de cada panel. Este parámetro se calcula como: dP = D - 2L = 2L · (cos( ALPHA) - \) + dX - cos(ALPHA)
De manera que si dP < 0 significa que hay oclusión y la fracción del área del panel o persiana que está bloqueada por el otro panel es OCL = dP /2L, de manera que la fracción promedio de oclusión, OCL_DIA, que ocurre en un día se puede calcular como:
Figure imgf000011_0001
OCL DIA = ■ dt
Figure imgf000012_0001
Para el cálculo de oclusión diaria aplicado a la segunda configuración alternativa de estructura se obtiene de la siguiente manera:
Figure imgf000012_0002
En donde,
ALPHAZ = , A <s{ cAoLs(PAHZm)
ALPHAZ: representa a ángulo que corresponde a la proyección de ALPHAO en el plano con dirección en una azimut del sol en un instante dado;
AZ: representa el ángulo azimut del sol en un instante dado; Donde TI y T2 corresponden al tiempo salida y puesta del sol. En términos prácticos, estos tiempos no se definen cuando el sol aparece o desaparece en el horizonte, en cambio, estos se definen cuando la elevación del sol es mayor a un pequeño ángulo, que establecemos de 5o, esto es porque en general se observa que en sectores urbanos o rurales, las construcciones, árboles, cerros, o nubosidad en el horizonte, bloquean la luz del sol a elevaciones muy bajas, por lo cual en la práctica en muy pocos casos es posible observar directamente el sol a elevaciones menores a 5o. Si consideramos el caso de la ciudad de Santiago de Chile y definimos un ángulo de elevación del sol mínimo de 5 o para la salida y puesta de sol, tenemos que podemos aprovechar más del 95 % de la energía de exposición solar total del día promedio durante el año en días despejados. La segunda etapa del método de cálculo de oclusión del sistema de la invención, comprende el cálculo numérico de la oclusión a lo largo del día expresada en el parámetro OCL_DIA, dado el tiempo de salida y puesta del sol para ángulos de elevación de 5o, también se calcula el promedio mensual y anual de oclusión para la ubicación geográfica donde se encuentre el sistema de la invención. La posición del sol en cualquier instante se obtiene con las rutinas de la librería astronómica para IDL (Landsman, W. 1993) para el cálculo de la posición del sol, con una precisión menor a un segundo de arco. Resolviendo numéricamente la integral de la ecuación para OCL_DIA para diferentes valores de 0o < ALPHAO <90° y una separación de persianas dX de entre 0, 02L < dX < L. De esta forma se calcula una matriz del espacio de parámetros posibles para encontrar el valor de ALPHAO para cada configuración que minimiza la oclusión promedio en el transcurso de un mes o de un año.
La tercera etapa del método de cálculo de oclusión del sistema de la invención, comprende el escoger uno de los resultados y valores del ángulo ALPHAO de la matriz del espacio de parámetros posibles obtenidos en la segunda etapa, que corresponda al promedio anual de oclusión, que produzca la oclusión mínima para una distancia entre las persianas dX dada. Una separación de persianas de un 5% del largo de cada persiana se utiliza en varios ejemplos de este documento. Una vez obtenido el valor del ángulo ALPHAO, que corresponde a un ángulo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales, respecto al plano horizontal, se debe dejar fijo ese ángulo para esa ubicación geográfica y esa separación entre persianas. También se obtiene como resultado el ángulo de abatimiento máximo de las persianas, es decir el rango de giro angular máximo de las persianas durante el año, correspondiente al máximo del parámetro de ángulo ALPHA. Cabe mencionar que el ángulo predeterminado de inclinación corresponde al ángulo complementario de ALPHAO, es decir 90° menos ALPHAO, que corresponde a un ángulo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales con respecto a un eje vertical de un poste principal de soporte.
Estas etapas se programan en un algoritmo computacional que puede ser implementado en diversos lenguajes para un computador personal, aplicación de Smartphone o en un dispositivo electrónico que contiene un GPS, para realizar en forma automática el cálculo en la zona donde se instalara el sistema de la presente invención, y de esta forma facilitar el proceso de montaje.
Las mejoras en el sistema de seguimiento solar mostradas aquí, logran un avance en el arte, proveyendo un sistema de seguimiento solar, que comprende persianas abatibles formadas de colectores solares, colocadas en una configuración de escalera inclinada que minimiza la oclusión en ángulos pequeños y altos de la elevación del sol, como las descritas en una primera configuración de estructura y una segunda configuración alternativa de estructura de acuerdo a la presente invención, que comprende además un sistema de control de los actuadores, un sistema de limpieza automatizado de los colectores solares y un sistema de montaje, en combinación con otros aspectos de la invención, posibilita importantes avances en la eficiencia del sistema, en la energía capturada, lo compacto de la estructura y la posibilidad de trabajar con ángulos pequeños para la elevación del sol, entre otros, en comparación a los sistemas convencionales de seguimiento solar.
La presente invención se caracteriza porque la recta formada por los centros de los ejes transversales horizontales donde se abaten las persianas, genera un ángulo fijo con el eje vertical de un poste principal de soporte, donde dicho ángulo fijo es óptimo para una localización geográfica, y con ello se logra producir una menor oclusión entre persianas contiguas para ángulos pequeños o altos de la elevación del sol, dando como resultando un aumento en la eficiencia de captura energética, una estructura compacta y resistente al viento.
De la manera en que la presente invención atiende esas deficiencias y provee esas ventajas, será discutido en mayor detalle en este documento. De acuerdo a un aspecto de la primera configuración de estructura de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende por lo menos un marco principal, una pluralidad de persianas montadas sobre el marco principal con un ángulo de inclinación predeterminado y fijo, un poste de soporte que permite la rotación del marco principal. Donde dicho ángulo de inclinación predeterminado es fijo y corresponde al ángulo entre el plano del marco principal y el eje del pilar del marco sobre el que gira. Donde además dicho ángulo de inclinación predeterminado corresponde a un valor óptimo calculado en base a la localización geográfica donde opera el sistema, y una distancia de separación entre las persianas, de manera de producir la mínima oclusión promedio entre las persianas durante todo el año. Esto permite que el sistema de la invención presente una exposición solar óptima, ya que opera además con ángulos pequeños de elevación del sol.
De acuerdo a un aspecto de la segunda configuración alternativa de estructura de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende por lo menos un marco principal, una pluralidad de persianas montadas sobre ejes transversales horizontales, donde los centros longitudinales de estos ejes forman una recta que genera un ángulo de inclinación predeterminado con los postes principales de soporte, de manera que este ángulo es fijo, donde cada poste principal de soporte permite la rotación de cada persiana. Donde dicho ángulo de inclinación predeterminado corresponde a un valor óptimo calculado en base a la localización geográfica donde opera el sistema, y una distancia de separación entre las persianas, de manera de producir la mínima oclusión promedio entre las persianas durante todo el año. Esto permite que el sistema de la invención presente una exposición solar óptima, ya que opera además con ángulos pequeños de elevación del sol.
De acuerdo a un aspecto del ejemplo de aplicación de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, porque el sistema opera con ángulos pequeños de elevación del sol, tan pequeños como 50 presentando una oclusión mínima. De acuerdo a un aspecto del ejemplo de aplicación de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende un sistema de actuadores que permiten el movimiento del seguimiento solar, un primer y segundo grupo, donde para la primera configuración de estructura un primer grupo actuador permite el giro del conjunto de persianas dentro del marco principal en torno al eje vertical del poste principal de soporte, donde un segundo grupo actuador permite el giro o abatimiento de las persianas, movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales, donde estos ejes están acoplados mecánicamente con una varilla lateral mediante un pivote de varilla para producir el giro o rotación en seguimiento cenital, por otra parte para la segunda configuración alternativa de estructura un primer grupo actuador permite el giro de cada persiana en torno a cada eje vertical de los postes principales de soporte permitiendo el seguimiento azimutal del sol, donde un segundo grupo actuador permite el giro o abatimiento de las persianas, movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales, donde estos ejes están acoplados mecánicamente a un vástago que se mueve verticalmente y trasfiere una rotación a un par de mangos unidos al eje trasversal de rotación, rotación que se transfiere mediante una varilla y un pivote. Donde los actuadores comprenden sistemas electromecánicos, neumáticos o hidráulicos.
De acuerdo a un aspecto del ejemplo de aplicación de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende un sistema de control para el movimiento de los actuadores, en base a las instrucciones recibidas por un procesador centralizado y/o local, donde para cada instante de tiempo se ordena una posición angular de las persianas y el giro del marco principal en torno al poste vertical, control que se realiza realimentado por las señales provenientes de sensores de inclinación, para tener un control en lazo cerrado con una precisión de seguimiento menor a 0,1°.
De acuerdo a un aspecto del ejemplo de aplicación de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende un sistema para la limpieza de los colectores solares, que está formado de uno o una pluralidad de rodillos, donde un rodillo horizontal con cerdas plásticas gira en su propio eje y se traslada deslizándose o rodando de arriba a abajo por el borde exterior del marco principal, efectuando una cierta cantidad de iteraciones predeterminadas o en base a un sensor que determina la cantidad de polvo o particulado, donde la operación de limpieza es automatizada y se produce abatiendo y alineando las persianas con el plano del marco principal, operando ya sea en régimen seco o con inyección de agua, donde la operación de limpieza puede efectuarse de manera programada o por activación de un sensor de suciedad, siendo activado el ciclo de limpieza se efectúa durante periodos donde no hay exposición solar, de manera que en este proceso el sistema de control se encuentra en estado de limpieza.
De acuerdo a un aspecto del ejemplo de aplicación de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende un sistema de montaje rápido, que está formado por conectores de inserción rápida de las persianas, persianas que se insertan verticalmente cuando el soporte de la persiana está en posición vertical, entrando por sendos rieles que traban un seguro con un resorte cuando la persiana se mueve en su posición final de enclav amiento, de manera que en esta posición el sistema de control se encuentra en estado de montaje.
De acuerdo a un aspecto del ejemplo de aplicación de la invención, en el sistema de seguimiento solar con persianas de captadores solares, comprende una distancia mínima entre las plantas solares para evitar la oclusión entre ellos y para su escalabilidad, de manera que para su aplicación en un parque solar de grandes potencias se instalan en un plano horizontal o preferentemente en un terreno con una pendiente natural favorable, de manera que en un terreno inclinado se reduce ostensiblemente la distancia entre los postes de soporte, y no se producen oclusiones entre las persianas contiguas. Estas y otras características o ventajas de la presente invención irán siendo aparentes en aquellos versados en el área, a medida que se lea la descripción detallada, en conjunto con las figuras, donde aparecen algunos ejemplos de la invención.
El sistema de la presente invención se aplica en el campo de la captura de la energía solar, específicamente en un sistema de seguimiento solar con persianas captadoras de alta eficiencia, formando un sistema de seguimiento solar de múltiples ejes y que es capaz de operar con ángulos pequeños de elevación del sol, maximizando la eficiencia energética, mejorando claramente su aplicación en zonas geográficas de medias y altas latitudes, produciendo mejoras notables en el problema de la eficiencia energética de captura solar, de la mantención y confiabilidad de estos sistemas a un costo reducido. Además la escalabilidad de estos sistemas se ve beneficiada si la zona geográfica posee pendientes moderadas o acentuadas de terreno ya que se minimiza la oclusión.
El sistema de la presente invención debe ser configurado para la ubicación geográfica donde será instalado. El ángulo de inclinación de los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales de cada persiana con respecto al plano horizontal, corresponderá al valor de ALPHAO obtenido al minimizar la oclusión promedio anual para una ubicación geográfica y separación entre paneles dada. En el cálculo genérico presentado se utilizan los tiempos de salida y puesta del sol para elevaciones mínimas de 5 o, pero también se puede incluir información personalizada sobre los ángulos de elevación mínimos para la salida y puesta del sol en la zona geográfica especifica donde se instale el sistema de la presente invención. Esto permite un cálculo más preciso del ángulo predeterminado, pero que en términos prácticos influye en una corrección menor a un grado en el cálculo de ALPHAO.
El cálculo del ángulo ALPHAO óptimo y para una mínima oclusión se realiza mediante un algoritmo computacional que puede ser implementado en un computador personal, aplicación de Smartphone o en un dispositivo electrónico que contiene un GPS para realizar el cálculo en la zona donde se instalara el sistema de la presente invención, para así facilitar el montaje.
En la tabla 1 se muestra el cálculo del ángulo ALPHAO óptimo para una primera configuración de estructura, donde se observa la fracción de oclusión promedio durante el año para diversas ciudades. Este cálculo se realiza utilizando una elevación mínima para la salida y puesta del sol de 5o y una separación entre paneles de 5% el largo del panel.
Tabla 1.
Figure imgf000019_0001
En la tabla 2 se muestra el cálculo del ángulo ALPHAO óptimo para una segunda configuración alternativa de estructura, donde se observa la fracción de oclusión promedio durante el año para diversas ciudades. Este cálculo se realiza utilizando una elevación mínima para la salida y puesta del sol de 5o y una separación entre paneles de 5% el largo del panel. Tabla 2.
Figure imgf000019_0002
Santiago, Chile 67,8 0,117
Puerto Montt, Chile 69,5 0,078
Miami, FL, US 68,5 0,157
New York, NY, US 67,7 0,085
Londres, UK 68,6 0,050
Berlín, DE 69,6 0,047
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS:
Figura 1.- Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 1 A. -Esquema de método de obtención de ángulo predeterminado de inclinación, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 2. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de actuadores de movimiento cenital y azimutal, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 3. -Vista isométrica del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de actuadores de movimiento cenital y azimutal, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 4. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 5. -Vista lateral de un sistema de seguimiento solar tipo heliostato de un solo panel, de acuerdo al arte previo.
Figura 6. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas con marco de eje horizontal, de acuerdo al arte previo. Figura 7. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de limpieza automatizado y en estado de limpieza, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 8. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de montaje rápido, de acuerdo a una primera configuración estructura de la presente invención.
Figura 9. -Vista lateral de un marco de colector solar con sistema inserción rápida de colector solar del tipo foto voltaico, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 10.-Vista lateral de detalle A, de un marco de colector solar con sistema inserción rápida de un colector solar del tipo fotovoltaico, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 11. -Esquema de sistema de control del sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 12.-Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, en dos posiciones de diferentes horas del día, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 13. -Vista lateral de detalle del actuador cenital de las persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 14.-Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de actuadores y con sistema de limpieza automatizado, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 15. -Vista isométrica del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de actuadores y con sistema de limpieza automatizado, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención. Figura 16.-Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, con sistema de actuadores y con sistema de limpieza automatizado, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 17. -Vista isométrica del sistema de seguimiento solar con persianas, se muestra sistema completo sin colectores solares, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 18.-Vista isométrica de un marco de colector solar con sistema inserción rápida de colector solar del tipo foto voltaico, de acuerdo a la presente invención, de acuerdo a una primera configuración de estructura y a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención.
Figura 19. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, se muestra solo el pilar de soporte y el actuador azimutal, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención.
Figura 20. -Vista isométrica del sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención.
Figura 21. -Vista lateral del sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención.
Figura 22. -Vista isométrica del sistema de seguimiento solar con persianas, se muestra el sistema completo en posición de elevación de sol de 5o, de acuerdo a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN:
La presente invención muestra significativos avances sobre los sistemas existentes en la industria, particularmente con la eficiencia del sistema, economía del sistema y controlabilidad del proceso. Más aun, las plantas solares existentes que utilizan sistemas convencionales de concentración, en muchas instancias, pueden ser modernizadas para explotar las muchas ventajas técnicas y económicas que provee la presente invención.
Con referencia inicial a la Figura 1, sistema de seguimiento solar con persianas de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) inclinado con una pluralidad de ejes horizontales (8) dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital, con cada persiana (2) formada de una pluralidad de colectores solares, de manera que cada persiana se encuentra separada una de otra en una distancia mínima (7) de manera que no exista oclusión para ángulos pequeños de la elevación del sol (5), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal, donde el marco principal (1) está inclinado en un ángulo fijo óptimo, de manera que forma un ángulo con un poste principal de soporte (3), que corresponde a un ángulo predeterminado de inclinación (14), y es calculado para generar la oclusión mínima entre persianas, y está basado en la localización geográfica, y en base a una separación entre persianas (7).
Con referencia inicial a la Figura 1A, el método de cálculo de oclusión mínima de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, se inicia en la etapa de obtención de los parámetros iniciales (116) como la localización geográfica, que permite tener la latitud del lugar geográfico, y con ello se obtiene la posición del sol a cada instante, además se determina como parámetro la distancia mínima (7) en la que se desea que estén separadas las persianas (2) de colectores solares, de modo a que se asigna un porcentaje de la longitud del colector solar, por ejemplo si es un colector solar del tipo fotovoltaico se asigna un porcentaje del largo del panel para la separación entre persianas (2) de un 5%. En la etapa de cálculo de oclusión (117), se efectúa el cálculo de todos los posibles resultados de la oclusión entre las persianas (2) para distintos valores angulares de la inclinación (4) del marco principal (1), en base a la posición del sol segundo a segundo, día a día, hasta completar el ciclo de un año, obteniendo distintos promedios de oclusión para distintos posibles ángulos de inclinación (4) del marco principal obteniendo una etapa matriz de datos de soluciones de mínima oclusión (118), después se elige el menor valor de la oclusión promedio anual a la que le corresponderá un ángulo de inclinación óptimo (4) dada una separación mínima (7) entre persianas.
Con referencia inicial a la Figura 2, sistema de seguimiento solar con persianas de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, donde se aprecia que el sol (1002), ilumina en una dirección de elevación (1000), donde el sistema comprende un marco principal (1) inclinado en un ángulo predeterminado de inclinación (14), donde una pluralidad de ejes horizontales (8) están inscritos dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde un sistema de actuadores permite el movimiento cenital (12) y azimutal (11), donde el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) está acoplado a un marco secundario (15) que permite una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este marco secundario (15) se encuentra fijada a una viga horizontal de soporte (16), viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención.
Con referencia inicial a la Figura 3, sistema de seguimiento solar con persianas de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, donde el sistema comprende un marco principal (1) inclinado en un ángulo predeterminado de inclinación (14), donde una pluralidad de ejes horizontales (8) están inscritos dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde un sistema de actuadores permite el movimiento cenital (12) y azimutal (11), donde el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) posee una pluralidad de vigas longitudinales (45) en el mismo plano del marco principal (1), donde el marco principal (1) está acoplado a un marco secundario (15) y las vigas longitudinales (45) están acopladas unas vigas longitudinales secundarias (46), formando cerchas estructurales que permiten una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este segundo marco (15) y las vigas longitudinales secundarias se encuentran fijadas y rígidas a una viga horizontal de soporte (16), además la viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención.
Con referencia inicial a la Figura 4, sistema de seguimiento solar con persianas de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) inclinado con una pluralidad de ejes horizontales (8) dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), con cada persiana (2) formada de una pluralidad de colectores solares, de manera que cada persiana se encuentra separada una de otra en una distancia mínima (7) de manera que no exista oclusión para ángulos pequeños de la elevación del sol(5), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde el marco principal (1) está inclinado en un ángulo fijo óptimo, de manera que forma un ángulo con un poste principal de soporte (3).
Con referencia inicial a la Figura 5, sistema de seguimiento solar tipo heliostato, que corresponde a una realización del arte previo, comprende un marco principal (18) que contiene a todos los colectores solares en un mismo plano, donde este marco principal (18) está balanceado y gira su estructura completa con respecto a un eje horizontal para el seguimiento solar cenital (19) de todo el marco principal (18), donde el marco principal (18) gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte para un seguimiento solar azimutal (20), claramente se observa que este sistema de arte previo debe mover el marco principal en posición casi vertical para ángulos pequeños de elevación del sol y la mayor resistencia al viento que opone esta estructura para los vientos.
Con referencia inicial a la Figura 6, sistema de seguimiento solar con persianas de marco principal con eje horizontal, que corresponde a una realización del arte previo, comprende un marco principal (22) que contiene a todos los colectores solares en persianas (21), donde este marco principal (22) está balanceado y gira su estructura completa con respecto a un eje horizontal para el seguimiento solar azimutal (24) de todo el marco principal (22), donde cada persiana (21) gira en torno a un eje trasversal dentro del marco principal (22), donde cada persiana gira para un seguimiento solar cenital (25), claramente se observa que este sistema de arte previo posee un marco principal (22), en la cual solo se muestran dos persianas de un total de cuatro para fines de ilustración, en comparación al sistema de la invención de la figura 4, donde la estructura del arte previo es mucho más alargada y grande, la cual debe ser apoyada en múltiples postes (23) para su resistencia, con el objetivo de alcanzar a cubrir pequeños ángulos de elevación del sol y no exista oclusión, en especial en zonas geográficas de latitudes medias y altas del planeta.
Con referencia inicial a la Figura 7, sistema de seguimiento solar con persianas en estado de limpieza de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de limpieza automatizado, donde un marco principal (1) inclinado con una pluralidad de ejes horizontales (8) dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que un rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo del marco principal (1) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26).
Con referencia inicial a la Figura 8, sistema de seguimiento solar con persianas en estado de montaje de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de montaje rápido de colectores solares, donde un marco principal (1) inclinado con una pluralidad de ejes horizontales (8) dentro del marco principal (1), donde una pluralidad de marcos de colectores (34) de soporte forman una persiana (2), y donde cada marco de colector permite el soporte de un colector solar del tipo fotovoltaico, de manera que cada marco de colector (34) está formado de dos perfiles longitudinales tipo U (35) que funcionan como rieles de inserción, donde el marco de colector (34) está fijado a un eje horizontal (8) que permite el giro de la persiana (2), de manera que en el procedimiento de montaje cada marco de colector (34) gira hacia una posición vertical, donde un colector solar del tipo fotovoltaico (44) puede ser insertado en forma vertical en el sentido vertical (29), de manera que a medida que el panel fotovoltaico (44) es insertado dentro del marco de colector (34) se traba en su posición final, quedando fijo dentro del mencionado marco (34) cuando un seguro de palanca (31) con un resorte (32) queda en posición de bloqueo, cabe mencionar que este sistema de montaje rápido permite que no se requieran pernos para la fijación de los paneles fotovoltaicos (44) al marco de colector (34).
Con referencia inicial a la Figura 9, sistema de montaje rápido montaje de acuerdo a una primera y segunda configuración de estructura de la presente invención, comprende un marco de colector (34) de soporte dentro de la persiana (2) está en posición vertical en el proceso de montaje, de manera que el marco de colector (34) está formado de dos perfiles longitudinales tipo U (35) que funcionan como rieles de inserción, donde un colector solar del tipo fotovoltaico (44) puede ser insertado en forma vertical en el sentido vertical (29), de manera que a medida que el panel fotovoltaico (44) es insertado dentro del marco de colector (34) se traba en su posición final, quedando fijo dentro del mencionado marco (34) cuando un seguro de palanca (31) con un resorte (32) queda en posición de bloqueo, cabe mencionar que este sistema de montaje rápido permite que no se requieran pernos para la fijación de los paneles fotovoltaicos (44) al marco de colector (34).
Con referencia inicial a la Figura 10, muestra un detalle del sistema de montaje rápido montaje de acuerdo a una primera y segunda configuración de estructura de la presente invención, comprende una pluralidad de marcos de colectores (34) de soporte dentro de cada persiana (2), donde cada persiana (2) está en posición vertical en el proceso de montaje, de manera que el marco de colector (34) está formado de dos perfiles longitudinales tipo U (35) que funcionan como rieles de inserción, donde un colector solar del tipo fotovoltaico (44) puede ser insertado en forma vertical en el sentido vertical (29), de manera que a medida que el panel fotovoltaico (44) es insertado dentro del marco de colector (34) se traba en su posición final, quedando fijo dentro del mencionado marco (34) cuando un seguro de palanca (31) con un resorte (32) queda en posición de bloqueo, cabe mencionar que cuando se inserta el panel fotovoltaico (44) el seguro de palanca (31) gira en torno a un pivote (30) y comprime el resorte
(32) .
Con referencia inicial a la Figura 11 , un diagrama del sistema de control del sistema de seguimiento solar de acuerdo a una primera y segunda configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de control (100) con un procesador local (101) conectado a un panel del indicación local (103) para observación de parámetros y estado de operación, donde el procesador local (101) se encuentra comunicado mediante un módulo de comunicaciones inalámbrico o cableado (104) a un procesador central (102) o a equipos externos inalámbricos (114), de manera que el procesador local (101) se encarga de controlar la posición en lazo cerrado del ángulo cenital de las persianas (2) y la posición azimutal del marco principal (1) inclinado, mediante la realimentación de a lo menos un sensor de inclinación (105) para el ángulo cenital y a lo menos un sensor de rotación direccional (106) para el ángulo azimutal, además el procesador local (101) está conectado a controladores de actuadores, donde un controlador actuador cenital (110) controla un actuador rotatorio (9) para el movimiento cenital, y un controlador actuador azimutal (111) controla un actuador rotatorio (10) para el movimiento azimutal, y también un controlador actuador de limpieza (112) controla un actuador rotatorio
(33) para el movimiento de las cadenas dentadas (27) que mueven el rodillo limpiador (26), cabe mencionar que los controladores de actuadores consisten en servos de motores que controlan la frecuencia, torque y velocidad angular en base a los sensores ubicados en los motores de los actuadores rotatorios, también cabe mencionar que el procesador local está conectado a sensores, como el de velocidad del viento (106) que permite alertar sobre una condición de viento que dañe el sistema, un sensor de energía y potencia capturada (108) permite medir la corriente eléctrica y tensión eléctrica que generan los paneles fotovoltaicos (44), un sensor de suciedad (109) permite medir el nivel de polvo sobre los paneles fotovoltaicos (44), además otros sensores (115) relacionados con la seguridad del entorno o al esfuerzo de las estructuras permiten detectar un estado de daño y alarma sobre las estructuras, u otros sensores de ubicación satelital como GPS, cabe mencionar que los equipos inalámbricos (114) permiten conectarse al procesador local para que personal de mantenimiento pueda observar los parámetros de funcionamiento del sistema de manera interactiva.
Con referencia inicial a la Figura 12, sistema de seguimiento solar con persianas, en dos posiciones de elevación del sol, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) inclinado con una pluralidad de ejes horizontales (8) dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), con cada persiana (2) formada de una pluralidad de colectores solares, de manera que cada persiana se encuentra separada una de otra en una distancia mínima (7) de manera que no exista oclusión para ángulos pequeños de la elevación del sol(5) manteniendo un espacio libre entre persianas, donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde el marco principal (1) está inclinado en un ángulo fijo óptimo, de manera que forma un ángulo con un poste principal de soporte (3), cabe mencionar que cada persiana (2) puede girar en torno a un eje horizontal (8), para seguir el movimiento cenital del sol (12) para formar un ángulo ortogonal con respecto a la dirección de radiación solar (1000) proveniente del sol (1002).
Con referencia inicial a la Figura 13, sistema de actuador cenital del sistema de seguimiento solar con persianas, a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de actuadores, donde un sistema de actuador cenital permite el movimiento cenital (12), donde el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes (39), que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas (2) en torno de ejes horizontales (8), cabe mencionar que el actuador rotatorio en su rotación (41) impone un movimiento longitudinal (40) de la varilla principal (13) conectada a pivotes (38) que trasmiten el movimiento rotatorio (41) hacia las persianas (2).
Con referencia inicial a la Figura 14, sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de actuadores y un sistema de limpieza, donde en un sistema de actuadores, el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) está inclinado y fijo en un ángulo de inclinación predeterminado (14) de manera que el marco principal (1) está fijado y acoplado a un marco secundario (15) que permite una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este marco secundario (15) se encuentra fijado a una viga horizontal de soporte (16), viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), cabe mencionar que en el sistema de limpieza automatizado, donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que un rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo del marco principal (1) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26), con todo lo anterior además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención. Con referencia inicial a la Figura 15, vista iso métrica de un sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) inclinado en un ángulo predeterminado de inclinación (14), donde una pluralidad de ejes horizontales (8) están inscritos dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde un sistema de actuadores permite el movimiento cenital (12) y azimutal (11), donde el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) posee una pluralidad de vigas longitudinales (45) en el mismo plano del marco principal (1), donde el marco principal (1) está acoplado a un marco secundario (15) y las vigas longitudinales (45) están acopladas unas vigas longitudinales secundarias (46), formando cerchas estructurales que permiten una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este segundo marco (15) y las vigas longitudinales secundarias se encuentran fijadas y rígidas a una viga horizontal de soporte (16), además la viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención, cabe mencionar que el sistema de la invención comprende un sistema de actuadores y un sistema de limpieza, donde en un sistema de actuadores, el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) está inclinado y fijo en un ángulo de inclinación predeterminado (14) de manera que el marco principal (1) está fijado y acoplado a un marco secundario (15) que permite una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este marco secundario (15) se encuentra fijado a una viga horizontal de soporte (16), viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), cabe mencionar que el sistema de la invención además comprende un sistema de limpieza automatizado, donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que un rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo del marco principal (1) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26), con todo lo anterior además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención.
Con referencia inicial a la Figura 16, sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de actuadores y un sistema de limpieza, donde en un sistema de actuadores, el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) está inclinado y fijo en un ángulo de inclinación predeterminado (14) de manera que el marco principal (1) está fijado y acoplado a un marco secundario (15) que permite una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este marco secundario (15) se encuentra fijado a una viga horizontal de soporte (16), viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), cabe mencionar que en el sistema de limpieza automatizado, donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que un rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo del marco principal (1) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26), con todo lo anterior además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención.
Con referencia inicial a la Figura 17, se muestra la estructura de sistema de seguimiento solar sin los colectores solares, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) inclinado en un ángulo predeterminado de inclinación (14), donde una pluralidad de ejes horizontales (8) están inscritos dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2) está formada de una pluralidad de marcos de colectores (34) de soporte y una pluralidad de colectores solares (44) inscritos en dichos marcos de colectores (34), y donde cada marco de colector permite el soporte de un colector solar del tipo fotovoltaico (44), de manera que cada marco de colector (34) está formado de dos perfiles longitudinales tipo U (35) que funcionan como rieles de inserción, donde el marco de colector (34) está fijado a un eje horizontal (8) que permite el giro de la persiana (2), de manera que durante el montaje un colector solar del tipo fotovoltaico (44) puede ser insertado en forma vertical en el sentido vertical (29), de manera que a medida que el panel fotovoltaico (44) es insertado dentro del marco de colector (34) se traba en su posición final, quedando fijo dentro del mencionado marco (34) cuando un seguro de palanca (31) con un resorte (32) queda en posición de bloqueo, cabe mencionar que este sistema de montaje rápido permite que no se requieran pernos para la fijación de los paneles fotovoltaicos (44) al marco de colector (34), cabe mencionar que cada marco de colector (34) está balanceado y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde un sistema de actuadores permite el movimiento cenital (12) y azimutal (11), además comprende un sistema de actuadores y un sistema de limpieza, donde en un sistema de actuadores, el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) está inclinado y fijo en un ángulo de inclinación predeterminado (14) de manera que el marco principal (1) está fijado y acoplado a un marco secundario (15) que permite una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este marco secundario (15) se encuentra fijado a una viga horizontal de soporte (16), cabe mencionar que el marco principal (1) posee una pluralidad de vigas longitudinales (45) en el mismo plano del marco principal (1), donde el marco principal (1) está acoplado a un marco secundario (15) y las vigas longitudinales (45) están acopladas unas vigas longitudinales secundarias (46), formando cerchas estructurales que permiten una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este segundo marco (15) y las vigas longitudinales secundarias se encuentran fijadas y rígidas a una viga horizontal de soporte (16), además la viga horizontal de soporte (16) se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), cabe mencionar que en el sistema de limpieza automatizado, donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que un rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo del marco principal (1) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26), con todo lo anterior además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención.
Con referencia inicial a la Figura 18, muestra un marco de colector y un colector solar del tipo fotovoltaico siendo insertado, de acuerdo a una primera y segunda configuración de estructura de la presente invención, donde el sistema de la invención comprende una pluralidad marco de colector (34) de soporte dentro de una persiana (2), donde cada persiana (2) está en posición vertical en el proceso de montaje, de manera que el marco de colector (34) está formado de dos perfiles longitudinales tipo U (35) que funcionan como rieles de inserción, donde un colector solar del tipo fotovoltaico (44) puede ser insertado en forma vertical en el sentido vertical (29), de manera que a medida que el panel fotovoltaico (44) es insertado dentro del marco de colector (34) se traba en su posición final, quedando fijo dentro del mencionado marco (34) cuando un seguro de palanca (31) con un resorte (32) queda en posición de bloqueo, cabe mencionar que cuando se inserta el panel fotovoltaico (44) el seguro de palanca (31) gira en torno a un pivote (30) y comprime el resorte (32), cabe mencionar que cada marco de colector posee una viga transversal inferior (37) y una superior (45) y una viga transversal central (36), donde cada viga transversal central (36) de los marcos de colectores (34) de una persiana(2), están fijadas a un eje horizontal (8) de abatimiento cenital (12). Con referencia inicial a la Figura 19, sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, comprende un sistema de actuador azimutal, donde un de actuador azimutal permite el movimiento azimutal (11), donde el actuador azimutal está formado un actuador rotatorio azimutal (10) fijado firmemente al poste principal de soporte (3), donde el actuador rotatorio azimutal (10) trasmite el movimiento circular a una base rotatoria (43), donde la base rotatoria (43) está fijada firmemente a una viga horizontal de soporte (16), donde la viga horizontal de soporte está fijada firmemente a un marcos secundario (15) ubicado en los costados y a una pluralidad de vigas longitudinales secundarias (46) al interior, de manera que el marco secundario (15) y las vigas longitudinales secundarias (46) soportan el marco principal (1), donde el marco principal (1) soporta una pluralidad de ejes horizontales (8), que permiten el abatimiento de las persianas (2), cabe mencionar que el actuador rotatorio azimutal (10) en su rotación (11) impone un movimiento rotatorio en el cuerpo rotatorio (43) para girar la estructura completa del marco principal (1) en un seguimiento solar azimutal.
Con referencia inicial a la Figura 20, vista isométrica de un sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) que soporta a una pluralidad de pilares principales de soporte (3) que a su vez soportan una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), donde cada pilar principal de soporte (3) soporta a un eje transversal horizontal (8) mediante un soporte tubular (51), de manera que cada eje transversal horizontal (8) soporta una sola persiana (2) que a su vez contiene a los colectores solares (44), donde una pluralidad de pilares principales de soporte (3) están anclados al marco principal (1) fijo, de manera que cada pilar principal de soporte (3) permite el giro azimutal de una persiana (2), donde los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) forman una recta (61) que está inclinada con respecto al plano horizontal, donde un primer grupo actuador (10) permite el giro de cada persiana (2) en torno a cada eje vertical de los postes principales de soporte (3) permitiendo el seguimiento azimutal del sol (11), donde un segundo grupo actuador (9) permite el giro o abatimiento de las persianas (2), movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales (8), donde estos ejes están acoplados mecánicamente a un vástago (52) que se mueve verticalmente y trasfiere una rotación a un par de mangos (53) unidos al eje trasversal horizontal de rotación (8), rotación que se transfiere mediante una varilla (57) y un pivote (54), donde el movimiento vertical del vástago (52) se realiza mediante un husillo (58) que pasa por dentro del pilar principal de soporte (3) y se une al vástago (52) que sube y baja, donde el husillo (58) es movido por un actuador rotatorio (9) del tipo electromecánico, además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) de manera que el marco principal (1) esta empotrado en tierra (1001) y unas vigas laterales (56) ayudan a mejorar la resistencia al volcamiento del marco principal (1), cabe mencionar que el sistema de la invención además comprende un sistema de limpieza automatizado, donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que cada rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo de las persianas (2) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26).
Con referencia inicial a la Figura 21, vista lateral de un sistema de seguimiento solar con persianas, de acuerdo a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención, comprende un primer grupo actuador (10) permite el giro de cada persiana (2) en torno a cada eje vertical de los postes principales de soporte (3) permitiendo el seguimiento azimutal del sol (11), donde unas cadenas dentadas (50) transmiten la rotación azimutal de cada persiana (2) mediante piñones en cada eje de giro de los pilares principales (3), donde las cadenas dentadas (50) están acopladas a unos piñones (60) comunicados por un eje común (59) conectado al actuador rotatorio (10) del tipo electromecánico que transmite el movimiento de rotación azimutal, también un segundo grupo actuador (9) permite el giro o abatimiento de las persianas (2), movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales (8), donde estos ejes están acoplados mecánicamente a un vástago (52) que se mueve verticalmente y trasfiere una rotación a un par de mangos (53) unidos al eje trasversal de rotación (8), rotación que se transfiere mediante una varilla (57) y un pivote (54), donde el movimiento vertical del vástago (52) se realiza mediante in husillo (58) que pasa por dentro del pilar principal de soporte (3) y se une al vástago (52) que sube y baja, donde el husillo (58) es movido por un actuador rotatorio (9) del tipo electromecánico, además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) de manera que el marco principal (1) esta empotrado en tierra (1001) y unas vigas laterales (56) ayudan a mejorar la resistencia al volcamiento del marco principal (1), cabe mencionar que el sistema de la invención además comprende un sistema de limpieza automatizado, donde cada persiana (2) está alineada en un mismo plano con el marco principal (1) con el objetivo de permitir que cada rodillo de limpieza (26), se mueva en la dirección a lo largo de las persianas (2) de arriba a abajo, mediante correas de cadenas (27) y piñones (28), movilizados por medio de un actuador rotatorio con un piñón principal (33), de manera que cuando el rodillo (26) rueda en forma natural o puede girar en su propio eje mediante un sistema de autopropulsión de agua o electromecánico, donde también puede haber inyección de agua para mejorar la limpieza, cabe mencionar que los residuos caen por las aberturas de separación (7) entre persianas cuando pasa el rodillo(26).
Con referencia inicial a la Figura 22, vista isométrica de un sistema de seguimiento solar con persianas en una posición de una elevación del sol de 5o correspondiente a una puesta de sol, de acuerdo a una segunda configuración alternativa de estructura de la presente invención, comprende un marco principal (1) que soporta a una pluralidad de pilares principales de soporte (3) que a su vez soportan una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), donde cada pilar principal de soporte (3) soporta a un eje transversal horizontal (8) mediante un soporte tubular (51), de manera que cada eje transversal horizontal (8) soporta una sola persiana (2) que a su vez contiene a los colectores solares (44), donde una pluralidad de pilares principales de soporte (3) permiten la rotación azimutal (11) de cada persiana (2), de manera que se observa que las persianas quedan prácticamente una sobre otra en un plano vertical para ángulos extremos del ángulo azimut del sol, donde los ángulos de elevación son bajos.
Generalmente, en la técnica, el uso de sistemas con seguimiento solar, produce un incremento y mejora notable en la cantidad de energía solar recolectada. En general este incremento de eficiencia se traduce en un incremento de costos de estos sistemas frente a los sistemas sin seguimiento solar, lo cual afectaría la rentabilidad de una operación en planta. Sin embargo, la presente invención logra recuperar energía con una eficiencia mayor a los sistemas tradicionales de seguimiento solar ya que logra operar con ángulos pequeños de elevación del sol, lo cual es muy ventajoso especialmente para latitudes medias y altas de nuestro planeta.
Gran parte de este incremento de eficiencia energética del sistema de la invención, se debe a la causa de utilizar un grupo de persianas de colectores solares en un plano inclinado en un ángulo óptimo, ángulo de inclinación que está calculado para minimizar la oclusión para pequeños ángulos de elevación del sol.
En referencia a la presente invención, el ángulo predeterminado entre la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales de cada persiana y el eje vertical o poste es calculado para una locación geográfica y separación de paneles dada, en donde se minimiza la oclusión entre paneles a lo largo del año. En referencia a una primera configuración de estructura de la presente invención, el ángulo ALPHAO para una separación de paneles de 5% del largo del panel, puede variar entre 47° a 65° aproximadamente dependiendo de la latitud geográfica. Para latitudes mayores a ±65° el ángulo ALPHAO converge a 65° aproximadamente ya que en latitudes polares hay días en que puede no salir el sol así como también días donde el sol no se esconde en diferentes épocas del año. De todas formas en dichas latitudes polares no hay grandes asentamientos humanos.
En referencia a la presente invención, el cálculo del ángulo predeterminado del marco, se realiza para un tiempo de salida y puesta del sol que es calculado para una elevación mínima de 5 grados. En general, la línea de visión al sol a menores elevaciones cercanas al horizonte, se bloquea por construcciones, arboles, montanas o nubes. Sin embargo los tiempos de salida y puesta del sol pueden ser personalizados en el cálculo para la configuración particular de una zona geográfica donde las elevaciones mínimas de salida y puesta del sol pueden ser diferentes y asimétricas. Por ejemplo, en la falda de un cerro o montaña
En referencia a la presente invención, el método de cálculo del ángulo predeterminado del marco, es un algoritmo numérico que puede ser implementado en un computador personal, dispositivo Smartphone, o en un dispositivo electrónico dedicado cuyo propósito es realizar el cálculo en la misma zona de instalación, para facilitar la configuración del montaje.
En referencia a la presente invención, el sistema puede comprender de un sensor de presión en el actuador de la persiana cuyo objetivo es informar al sistema de control que oriente las persianas en forma horizontal en casos de vientos fuertes, así como también que oriente las persianas en forma vertical en caso de fuertes lluvias o nieve.
En referencia a la presente invención, uno de los factores en el cálculo del ángulo óptimo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes horizontales de cada persiana, es la separación entre persianas. En nuestros ejemplos genéricos, se ha utilizado una separación entre paneles de un 5% del largo de la persiana. Sin embargo, para valores diferentes de separación el ángulo predeterminado del marco debe ser recalculado, resultando en diferentes valores de ALPHAO y de oclusión promedio. En general se desea un marco lo más compacto posible para reducir costos y torques en la estructura del marco, por lo cual se busca una separación mínima entre paneles, pero que a la vez sea lo suficientemente grande para que la oclusión promedio sea lo más pequeña posible. En términos prácticos, para un primera configuración de estructura, se encuentra que separaciones entre el 5 y 10% del largo del panel permiten una distribución muy compacta de paneles y a la vez entregan muy bajos valores de oclusión promedio menores al 3%, por otra parte para una segunda configuración alternativa de estructura, se encuentra que separaciones entre el 20 y 40% del largo del panel permiten una distribución muy compacta de paneles y a la vez entregan muy bajos valores de oclusión promedio menores al 3%. Para mayores latitudes geográficas, se puede ir reduciendo la separación entre paneles para un promedio de oclusión dado.
En referencia a la presente invención, la altura del eje vertical o pilar central debe ser mínima tal que el extremo inferior de la persiana que está en menor altura se encuentre lo más cercano al suelo o plataforma base, ya que esto minimiza la oclusión entre múltiples sistemas espaciados en un arreglo, como sería el caso de una granja o planta solar.
En referencia a la presente invención, las ventajas comparativas más relevantes que presenta son:
a) El sistema de una primera configuración de estructura contempla un marco fijado en ángulo predeterminado respecto al eje vertical o poste de soporte. El marco fijo permite menores torques y momentos sobre el eje vertical en comparación a sistemas del tipo heliostato. Esto permite menos refuerzos estructurales, lo cual se traduce en menores costos.
b) El sistema de una segunda configuración de estructura contempla un marco fijado y empotrado en el suelo. El marco empotrado permite persianas con un mayor número de paneles fotovoltaicos ya que el sistema cuenta con una pluralidad de pilares de soporte, en comparación a sistemas del tipo heliostato. Esto permite menos refuerzos estructurales, lo cual se traduce en menores costos.
c) El sistema de una primera configuración de estructura contempla un ángulo predeterminado del marco que es el óptimo para obtener la menor oclusión promedio anual entre paneles. Esto permite maximizar la captación solar en comparación a otros sistemas de persianas. Por ejemplo, para la ciudad de Santiago el sistema de la presente invención genera menos de un 2% de oclusión promedio anual para el ángulo de inclinación óptimo calculado, y en sistemas de persianas similares el porcentaje de oclusión promedio es mayor al 40%.
d) El cálculo del ángulo predeterminado óptimo, genera menores fracciones de oclusión promedio para ubicaciones geográficas a más altas latitudes. También, esto significa que para un nivel de oclusión mínimo fijo dado, la separación de paneles puede hacerse menor a más altas latitudes, resultando en marcos mas compactos.
e) El sistema contempla un mecanismo de limpieza consistente en un rodillo que puede limpiar los captadores solares durante los periodos sin luz solar en donde las persianas se pueden configurar automáticamente paralelas al marco principal para facilitar la limpieza.
f) El sistema permite posicionar las persianas en posiciones favorables durante nieve, lluvias o vientos fuertes, para proteger los captadores solares de posibles daños.
g) El algoritmo de control de seguimiento solar es simple y puede implementarse en micro- controladores de bajo costo.
h) Para la primera configuración de estructura, la estructura del marco es ligera y balanceada, lo cual se traduce en menor costo y alta resistencia
i) El sistema incluye un sistema de montaje rápido de colectores solares.
j) El método de cálculo del ángulo predeterminado óptimo permite una distribución más compacta de los colectores, ya que podemos obtener la oclusión mínima promedio para una separación de paneles dada. Lo cual no está considerado en otros sistemas de persianas, que no aprovechan de manera óptima la captación de energía solar.
En referencia a la presente invención, las desventajas son mínimas y subsanables, las principales son:
a) El método de cálculo del ángulo predeterminado está diseñado para ser óptimo en base a un promedio anual para así evitar cambiar esta configuración en diferentes estaciones del año, esto implica que el sistema no será totalmente óptimo en el verano o en el invierno. Sin embargo esto se podría subsanar fácilmente si el ángulo predeterminado fuese cambiado 3 veces al año para una configuración de verano, otra de invernó y una de primavera/otoño. De todas formas se debe estimar si se justifica tener que cambiar el ángulo predeterminado un par de veces al año a cambio de una leve ganancia energética. En el caso particular de la configuración en la ciudad de Santiago, para una separación de 5% el largo de paneles, tenemos que la oclusión es menor al 2% por lo que cambiar el ángulo predeterminado para diferentes estaciones no se justifica.
b) En ciertas ubicaciones geográficas con condiciones climáticas o geométricas particulares como una frecuente nubosidad en las mañanas, o un edificio que bloquea el sol en ciertos ángulos, tenemos que este cálculo genérico basado en la ubicación geográfica y separación de paneles, puede no ser preciso. Esto se puede subsanar considerando estas condiciones particulares para el cálculo de la integral de oclusión durante el día descrito anteriormente.
c) En todos los sistemas de seguimiento solar, un gran problema son los fuertes vientos, que pueden dañar los colectores solares. Esto se puede subsanar instalando un sensor de presión/fuerza en la persiana que permita identificar torques/momentos sobre la persiana para que el controlador pueda tomar la decisión de cambiar el ángulo de la persiana para reducir dicha fuerza y así evitar accidentes.
d) Para una correcta instalación del sistema en una ubicación geográfica dada, es fundamental conocer la latitud y si es posible los ángulos de elevación de salida y puesta del sol del lugar de instalación, para así realizar un cálculo del ángulo predeterminado con precisión. Esto se puede subsanar utilizando algún dispositivo móvil con sistema GPS y que contenga el algoritmo descrito en la presente invención, para realizar el cálculo en forma expedita en el mismo lugar de instalación.
DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE APLICACIÓN:
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración de estructura del presente invento, con referencia de la figura 3, 4, 14, 15, 16, 17 y 18, se muestra vistas de planta laterales e isométricas esquemáticas del sistema de seguimiento solar con persianas, y a modo de ejemplo de aplicación representa un sistema de seguimiento solar con persianas, formado de 16 colectores solares del tipo fotovoltaico y 4 persianas, de acuerdo a una primera configuración de estructura de la presente invención, donde una primera configuración de estructura que comprende un marco principal (1) en un plano inclinado con respecto a la horizontal o bastidor principal exterior contrapesado y balanceado, que contiene una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), donde cada eje transversal horizontal (8) contiene una persiana (2) que a su vez contienen a los colectores solares (44) al menos parcialmente dentro del perímetro del marco principal (1), donde solo un pilar principal de soporte (3) que está anclado al piso, permite el giro azimutal del marco principal (1) inclinado, donde una pluralidad de persianas (2) formadas de una pluralidad de marcos de colectores solares (34), montados sobre los ejes transversales horizontales (8), de manera que siempre las persianas (2) están en planos paralelos, donde el sistema comprende un marco principal (1) inclinado en un ángulo predeterminado de inclinación (14), donde una pluralidad de ejes transversales horizontales (8) están inscritos dentro del marco principal (1), donde cada persiana (2), está balanceada y gira con respecto a un eje horizontal (8) para el seguimiento solar cenital (12), donde el marco principal (1) inclinado gira en torno a un eje vertical que corresponde al eje del poste de soporte (3) para un seguimiento solar azimutal (11), donde un sistema de actuadores permite el movimiento cenital (12) y azimutal (11), donde el actuador cenital está formado un actuador rotatorio (9) que trasmite el movimiento circular por medio de una de una varilla principal (13) y pivotes, que permiten el abatimiento simultaneo de las persianas, cabe mencionar que el marco principal (1) posee una pluralidad de vigas longitudinales (45) en el mismo plano del marco principal (1), donde el marco principal (1) está acoplado a un marco secundario (15) y las vigas longitudinales (45) están acopladas unas vigas longitudinales secundarias (46), formando cerchas estructurales que permiten una mayor rigidez y resistencia de la estructura, donde este segundo marco (15) y las vigas longitudinales secundarias se encuentran fijadas y rígidas a una viga horizontal de soporte (16), además la viga horizontal de soporte (16) que se encuentra conectada a un actuador rotatorio (10) que permite la rotación en torno al eje vertical que forma el poste de soporte (3), donde la mencionada rotación permite el seguimiento solar azimutal (11), además se observa que el sistema está apoyado en la tierra (1001) en una base de fundación (17) que impida el volcamiento de la estructura del sistema de la invención, donde el poste principal de soporte (3) debe ser de mínima altura para que el sistema de seguimiento solar con persianas sea compacto y no produzca sombras u oclusiones a otras plantas de seguimiento solar de persianas contiguas.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 20, 21 y 22, se muestra vistas de planta lateral e isométricas esquemáticas del sistema de seguimiento solar con persianas, y a modo de ejemplo de aplicación representa un de seguimiento solar con persianas, formado de 16 colectores solares del tipo fotovoltaico y 2 persianas, de acuerdo a una segunda configuración de estructura de la presente invención, donde una segunda configuración alternativa de estructura que comprende un marco principal (1) que soporta a una pluralidad de pilares principales de soporte (3) que a su vez soportan una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), donde cada pilar principal de soporte (3) soporta a un eje transversal horizontal (8) que soporta una sola persiana (2) y que a su vez contiene a los colectores solares (44), donde una pluralidad de pilares principales de soporte (3) están anclados al marco principal (1) fijo, de manera que cada pilar principal de soporte (3) permite el giro azimutal de una persiana (2), donde los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) forman una recta (61) que está inclinada con respecto al plano horizontal.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 3, 4, 14, 15, 16, 17, 18, 20 y 21, donde una pluralidad de persianas (2) una pluralidad de persianas (2) formadas de una pluralidad de marcos de colectores solares (34), montados sobre los ejes transversales horizontales (8), de manera que siempre las persianas (2) están en planos paralelos, cada persiana (2) tiene forma rectangular y está formada de una pluralidad de marcos de colectores solares (34) que soportan u contienen a los colectores solares (44), de manera que cada persiana (2) está contrapesada y balanceada, y gira en torno al eje transversal horizontal (8) con un giro o rotación que permite el movimiento de seguimiento cenital del sol (12), cada persiana (2) de colectores solares, tiene forma rectangular, y está formada por una pluralidad de marcos de colectores (34), que son rectangulares y están en un mismo plano, donde cada marco de colector (34) es el soporte de cada colector solar (44), de manera que cada marco de colector (34) está acoplado mecánicamente al eje transversal horizontal (8) de giro, donde la pluralidad de persianas (2) rotan al mismo tiempo mediante un sistema de actuadores, de manera de permitir el seguimiento cenital del sol (12), donde al menos uno o de manera alternativa una pluralidad de postes principales de soporte (3) verticales, permiten la rotación azimutal (11) de las persianas
(2) , siendo el caso de la primera configuración de estructura, donde un poste principal de soporte
(3) soporta el marco principal (1) que su vez contiene a una pluralidad de persianas (2), y por otra parte siendo el caso de la segunda configuración alternativa de estructura, donde cada poste principal de soporte (3) soporta un eje transversal horizontal (8) mediante un soporte tubular (51), y a su vez un eje transversal horizontal (8) soporta una persiana (2), de manera que en ambas configuraciones de estructuras, la rotación respecto al eje vertical permite el movimiento de seguimiento azimutal del sol (11) mediante un sistema de actuadores, donde los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) de cada persiana (2) forman una recta (61) que tiene un ángulo de inclinación predeterminado (14) con respecto al eje del poste o a los ejes de los postes principales de soporte (3), donde dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde al ángulo entre la recta (61) formada por los centros longitudinales de cada eje transversal horizontal (8) y el eje del pilar principal de soporte (3) o de manera alternativa los ejes de los pilares principal de soporte (3), de manera que para una primera configuración de estructura la pluralidad de ejes transversales horizontales (8) giran en su conjunto en sentido de seguimiento azimutal en torno a un solo poste, y por otra parte para una segunda configuración alternativa la pluralidad de ejes horizontales (8) giran cada uno respecto a cada uno de la pluralidad de postes principales de soporte (3), donde el mencionado ángulo predeterminado de inclinación (14) es configurado en base a diferentes parámetros, dentro de los cuales están la zona geográfica y la distancia de separación (7) entre las persianas (2) de captadores solares, de manera que el ángulo predeterminado de inclinación (14) se elige el que produce la menor oclusión de promedio anual para la mencionada locación geográfica y la mencionada separación (7) entre persianas, donde la oclusión corresponde al fenómeno que se produce cuando un captador solar genera sombra sobre otro captador solar contiguo, donde la distancia de separación (7) entre persianas (2) se mide a lo largo de la recta (61) formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8), cuando las persianas (2) están alineadas en un mismo plano con la recta mencionada, de manera que dicha separación (7) corresponde a una distancia que produce un espacio libre que permite que no exista oclusión entre las persianas (2) para ángulos pequeños o altos de la elevación del sol (5), donde dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a un valor óptimo, de manera de producir la mínima oclusión promedio entre las persianas (2) durante todo el año, permitiendo que los captadores solares tengan una exposición solar de largo tiempo, ya que opera con ángulos pequeños de elevación del sol (5), tan pequeños como 5o o menos para la elevación del sol (5), siendo también adecuado dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) para elevaciones del sol máximas, donde dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) se calcula mediante un método de cálculo de oclusión mínima, ángulo que es utilizado en el momento de la fabricación, montaje o instalación del sistema para la fijación definitiva del marco principal (1) y los postes principales de soporte (3) con el ángulo de inclinación predeterminado (14) óptimo para la ubicación geográfica donde se instale. De manera que en la primera configuración de estructura el marco principal (1) inclinado gira completo en torno a un solo eje principal de soporte (3) vertical para el seguimiento azimutal del sol, en contraste con la segunda configuración alternativa de estructura, donde el marco principal (1) esta fijo y empotrado al suelo, de manera que en la segunda configuración los pilares principales de soporte (3) están empotrados al marco principal (1), de manera que cada eje de pilar principal de soporte permite el giro azimutal de una persiana (2) y los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) forman una recta (61) que está inclinada con respecto al plano horizontal.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación del presente invento, con referencia de la figura 3, donde el marco principal (1) comprende estar fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 1, figura 1A y la figura 2, dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a un valor óptimo, de manera de producir la mínima oclusión promedio entre las persianas (2) durante todo el año, permitiendo que los captadores solares tengan una exposición solar de largo tiempo, ya que opera con ángulos pequeños de elevación del sol (5), tan pequeños como 5o o menos para la elevación del sol (5), donde dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) se obtiene del método de oclusión mínima, el cual comprende las siguientes etapas:
obtención de los parámetros iniciales (116) como la localización geográfica, que permite tener la latitud del lugar geográfico, y con ello se obtiene la posición del sol a cada instante, además se determina como parámetro la distancia mínima (7) en la que se desea que estén separadas las persianas (2) de colectores solares, de modo a que se asigna un porcentaje de la longitud del colector solar, por ejemplo si es un colector solar del tipo fotovoltaico se asigna un porcentaje del largo del panel para la separación entre persianas (2) de un 5% del largo del panel fotovoltaico, de manera que se asignan unos parámetros de ALPHAO (4), ELEV (5), ALPHA (6), dX (7), L, donde:
ALPHAO: corresponde a un ángulo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8), respecto al plano horizontal, este parámetro es el que se optimiza para minimizar la separación entre paneles y minimizar la oclusión, cabe mencionar que el ángulo ALPHAO (4) es el complementario del ángulo predeterminado de inclinación del marco principal (1);
ELEV: corresponde a un ángulo de elevación del sol desde el plano horizontal;
ALPHA: corresponde a un ángulo de inclinación de cada persiana (2) respecto a la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8);
dX: corresponde a la distancia de separación entre persianas, de manera que a menor separación se permite un marco principal más compacto, donde dx (7) se elige en un 5 % del largo del panel por ejemplo;
L: corresponde a la mitad del largo del panel o persiana, por ejemplo un panel solar estándar de 250 Watts tiene dimensiones Ancho 1637mm, largo 992mm, y espesor de 40mm, de manera que L=495mm; un cálculo de la oclusión (117), se efectúa el cálculo de todos los posibles resultados de la oclusión entre las persianas (2) para distintos valores angulares de la inclinación (4) de los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8), en base a la posición del sol, día a día, hasta completar el ciclo de un año, obteniendo distintos promedios de oclusión para distintos posibles ángulos de inclinación ALPHAO (4) en una etapa de creación de una matriz de datos de soluciones (118) que dan como resultado un valor mínimo para la oclusión anual, de manera que se asignan los parámetros, T2 y TI y se calcula OCL_DIA para cada día dentro del año y se calcula un promedio anual de oclusión, donde:
OCL_DIA: corresponde a la fracción promedio de oclusión diaria;
TI y T2: corresponden al tiempo salida y puesta del sol respectivamente, en términos prácticos, por lo que se definen estos tiempos cuando la elevación del sol es de un pequeño ángulo, por ejemplo se elige 5 o;
De manera que para una primera configuración de estructura la oclusión promedio diaria se calcula como sigue:
, Γ2
OCL _ DIA = j" ([cos( r / 2 - ALPHAO - ELEV t)) - 1] · ¡2L + dX] -2L) - dt
Para una segunda configuración alternativa de estructura la oclusión promedio diaria se calcula como sigue: OCL DIA =
T T22 I
f ( [cos( r / 2 - ALPHAZ - ELEV(t)) - 1] · [lL + dx]■ se ALPHAQ"> _2L\ . t
2L - (T2 - T1) J J \ s VOenTIÍ(A AL TPHAZA AZ Ύ\) '
En donde, tg (ALPHAO)
ALPHAZ = ¾ 1
cos(AZ) ALPHAZ: representa a ángulo que corresponde a la proyección de ALPHAO en el plano con dirección en una azimut del sol en un instante dado;
AZ: representa el ángulo azimut del sol en un instante dado;
elección del menor valor de la oclusión promedio anual dentro de un listado de valores de ALPHAO, la elección del ángulo ALPHAO (119) que produzca el menor valor de oclusión promedio anual se denomina un ángulo de inclinación óptimo (4), dado una separación mínima (7) entre persianas de un 5 % del largo del panel por ejemplo, obtención del ángulo de inclinación predeterminado (14) que corresponderá al ángulo complementario de ALPHAO (4), por ejemplo para la ciudad de Santiago del país de Chile, con respecto a la primera configuración de estructura, ALPHAO corresponde al valor de 55,1° para una separación dX con un valor del 5% del largo del panel, de manera que el ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a 34,9° con una oclusión promedio anual total de 1,7%, con respecto a la segunda configuración de estructura, ALPHAO corresponde al valor de 67,8°para una separación dX con un valor del 5% del largo del panel, de manera que el ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a 22,2° con una oclusión promedio anual total de 11,7%.
fijación del marco principal (1) en un ángulo de inclinación predeterminado (14) con respecto a la primera configuración de estructura, con un ángulo de 34,9° para la ciudad de Santiago de Chile por ejemplo, donde el ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde al ángulo entre el plano formado por el marco principal (1) y el eje del pilar vertical de soporte (3), de manera que la fijación de este ángulo predeterminado de inclinación (14) se efectúa durante la fabricación de la estructura del sistema de seguimiento solar o durante la instalación o montaje en terreno del sistema de seguimiento solar, por lo que el método mencionado debe ser implementado en un aparato que contenga un procesador digital para su uso en la fabricación, instalación o montaje en terreno, por otra parte con respecto a la segunda configuración alternativa de estructura, la fijación del ángulo de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) con respecto a los ejes verticales de los pilares principales de soporte (3) en un ángulo de inclinación predeterminado (14), con un ángulo de 22,2° para la ciudad de Santiago de Chile por ejemplo, de manera que la fijación de este ángulo predeterminado de inclinación (14) se efectúa durante la fabricación de la estructura del sistema de seguimiento solar o durante la instalación o montaje en terreno del sistema de seguimiento solar, por lo que el método mencionado debe ser implementado en un aparato que contenga un procesador digital para su uso en la fabricación, instalación o montaje en terreno.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación del presente invento, con referencia de la figura 1, figura 1A y la figura 2, dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a un valor óptimo, donde la distancia de separación mínima (7) entre persianas (2) comprende un valor típico de entre 5% a 50% del largo de un colector solar, donde para un panel foto voltaico estándar de 250watts que tiene dimensiones de ancho 1637mm y un largo 992mm, de manera que la separación mínima (7) entre persianas es de 49,6mm para un valor del 5% del largo.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de una primera configuración de estructura del presente invento, con referencia de la figura 1, figura 1A y figura 2, donde el ángulo de inclinación predeterminado (14), que corresponde al ángulo que forma el marco principal (1) con el poste de soporte (3), donde el mencionado ángulo varía entre 44° a 25° dado una separación mínima (7) de persianas del 5% del largo de la persiana, donde 44° corresponde para latitudes cercanas a la línea del Ecuador y 25° para latitudes cercanas a los polos, de manera que para algunas ciudades por ejemplo Santiago de Chile ese mencionado ángulo es de 34,9°, Sao Paulo de Brasil 38,2°, Miami de EEUU 37,6, Dallas de EEUU 35,3°, Sídney de Australia 34,9°, New York de EEUU 32,4°, París de Francia 30,0°, Londres de Inglaterra 29,2°, Berlín de Alemania 28,9°, Punta Arenas de Chile 28,8° y Anchorage de Alaska 26,7°.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de una segunda configuración de estructura del presente invento, con referencia de la figura 20, figura 21 y figura 22, donde el ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde al ángulo que forma los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) con respecto a los ejes verticales de los pilares principales de soporte (3) en un ángulo de inclinación predeterminado (14), donde el mencionado ángulo varía entre 18° a 24° dado una separación mínima (7) de persianas con dX de un 10%, donde 18° corresponde para latitudes cercanas a la línea del Ecuador y 24° para latitudes cercanas a los polos, de manera que para algunas ciudades por ejemplo Santiago de Chile ese mencionado ángulo es de 22,2°, Sao Paulo de Brasil 21,4°, Miami de EEUU 21,5°, Dallas de EEUU 22,1°, Sídney de Australia 22,2°, New York de EEUU 22,3°, París de Francia 21,0°, Londres de Inglaterra 21,4°, Berlín de Alemania 20,4°, Punta Arenas de Chile 21,2° y Anchorage de Alaska 20,0°.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 13, 14, 15, 19, 20 y 21, donde para la primera configuración de estructura un primer grupo actuador (10) permite el giro del conjunto de persianas dentro del marco principal (1) en torno al eje vertical del poste principal de soporte (3), donde un segundo grupo actuador (9) permite el giro o abatimiento de las persianas (2), movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales (8), donde estos ejes están acoplados mecánicamente con una varilla lateral (13) mediante un pivote de varilla (38) para producir el giro o rotación en seguimiento cenital (12), por otra parte para la segunda configuración alternativa de estructura un primer grupo actuador (10) permite el giro de cada persiana (2) en torno a cada eje vertical de los postes principales de soporte (3) permitiendo el seguimiento azimutal del sol (11), donde unas cadenas dentadas (50) transmiten la rotación azimutal de cada persiana (2) mediante piñones en cada eje de giro de los pilar principales (3), donde las cadenas dentadas (50) están acopladas a unos piñones (60) comunicados por un eje común (59) conectado al actuador rotatorio (10) que transmite el movimiento de rotación azimutal, también un segundo grupo actuador (9) permite el giro o abatimiento de las persianas (2), movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales (8), donde estos ejes están acoplados mecánicamente a un vástago (52) que se mueve verticalmente y trasfiere una rotación a un par de mangos (53) unidos al eje trasversal de rotación (8), rotación que se transfiere mediante una varilla (57) y un pivote (54), donde el movimiento vertical del vástago (52) se realiza mediante un husillo (58) que pasa por dentro del pilar principal de soporte (3) y se une al vástago (52) que sube y baja, donde el husillo (58) es movido por un actuador rotatorio (9) del tipo electromecánico,, donde los grupos actuadores (9,10) pueden ser elegidos entre distintos sistemas, como electromecánicos, sistemas con husillos, sistemas neumáticos o hidráulicos, sistemas con varillas que transmiten el movimiento de abatimiento o giro, mediante cremalleras con motoreductores o lineales, de manera que siendo electromecánicos con motoreductores son de alta razón de reducción y de pequeñas potencias, tales como menores a 100 watts.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 11,14,15,16,20,21 donde un sistema de control que controla el movimiento de los actuadores (9,10), en base a las instrucciones recibidas por un procesador central (102) y/o local (101), donde para cada instante de tiempo se ordena una posición angular cenital (12) de las persianas (2) y el giro en torno al o a los postes verticales (3) permitiendo la rotación azimutal (11), control que se realiza realimentado por las señales provenientes de sensores de inclinación (105) o sensores de rotación (106), para tener un control en lazo cerrado con una precisión de seguimiento menor a 0,1°, donde los sensores de inclinación (105) permiten obtener el ángulo de inclinación cenital (12) de las persianas (2), y pueden ser microelectrónicos, electromecánicos u ópticos, donde los sensores de rotación (106) permiten obtener la dirección azimutal de la rotación (11) de cada persiana (2) o un grupo de ellas, y pueden ser microelectrónicos, electromecánicos u ópticos, donde el sistema de control comprende ser implementado en un microcontrolador o microcomputador de bajo costo que implemente un control en lazo cerrado, donde el sistema de control comprende un módulo de comunicaciones (104) que se comunica con un procesador central (102), procesador que puede ser un servidor automatizado que envía señales de sincronización del reloj del procesador local (101), o que reciba señales de estado de operación y energía y potencia capturada a tiempo real, y el estado de otros parámetros como el nivel de suciedad de los colectores solares, donde el sistema de control comprende un reloj interno y que se pueda sincronizar a un reloj de alta precisión que permita un seguimiento preciso del sol durante el día, donde el sistema de control comprende la conexión de a un sensor de suciedad (109) que discrimina cuando el nivel de polvo acumulado está por sobre un nivel aceptable, este sensor puede ser electro óptico u de otro tipo, siendo electroóptico donde una señal de referencia de luz infrarroja irradia sobre sensor de intensidad de luz a través de un medio expuesto a la polución del medio ambiente, el cambio de intensidad de luz recibida está en directa relación a la contaminación del medio expuesto, por lo que pasado un cierto nivel de contaminación el procesador discrimina que la planta de seguimiento solar debe ser programado para limpieza durante la noche.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 14, 15, 20 y 21, donde un sistema de limpieza de los colectores solares, que está formado de uno o una pluralidad de rodillos horizontales (26) con cerdas plásticas que giran en su propio eje, acoplado cada rodillo horizontal (26) mecánicamente a cadenas dentadas (27) que son movidas por actuadores rotacionales (33) y piñones (28), ubicadas y fijadas en los bordes laterales del marco principal (1) para la primera configuración de estructura o ubicadas en el exterior de cada persiana y fijadas al eje transversal horizontal (8) para la segunda configuración alternativa de estructura, de manera que cada rodillo de limpieza (26) se traslada deslizándose o rodando de arriba abajo sobre las persianas (2), efectuando una cierta cantidad de iteraciones predeterminadas o en base a un sensor que determina la cantidad de polvo o particulado, donde la operación de limpieza automatizada se inicia abatiendo y alineando las persianas (2) formando un solo plano, operando ya sea en régimen seco o con inyección de agua, donde la operación de limpieza puede efectuarse de manera programada o por activación de un sensor de suciedad, siendo activado el ciclo de limpieza se efectúa durante periodos donde no hay exposición solar, de manera que en este proceso el sistema de control se encuentra en estado de limpieza, donde el sistema de limpieza de los colectores solares comprende uno o una pluralidad de rodillos de limpieza (26) que pueden estar diseñados para limpiar en régimen seco o con agua, y pueden rodar en forma natural o girar en torno a su propio eje mediante la acción de un motor de flujo de agua, donde un rodillo de limpieza (26) puede ser movido por un conjunto de piolas, cuerdas o cadenas (27), o un conjunto de poleas, carretes o piñones (28), mediante un actuador rotatorio electromecánico (33), neumático o hidráulico.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 8,9,10 y 17, donde un sistema de montaje rápido de colectores solares que está formado por rieles de inserción rápida (35) ubicados en cada marco de colector (34), de manera que los colectores solares (44) se insertan verticalmente cuando los marcos de colectores solares (34) están en posición vertical, insertándose por sendos rieles (35) que traban un seguro con un resorte (32) cuando los marcos de paneles (34) de cada persiana (2) se mueve hacia su posición final de enclav amiento, de manera que en este proceso de montaje el sistema de control se encuentra en estado de montaje, donde el sistema de montaje rápido de colectores comprende un seguro de fijación que contiene un resorte o un elemento flexible que permita una deformación plástica, como una lámina de metal templado o un plástico deformable.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 17, donde el marco de colector (34) comprende estar fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 14, 15, 20, 21 y 22 porque para la instalación de múltiples plantas de seguimiento solar con persianas, ya sea con el uso de la primera configuración de estructuras, o la segunda configuración alternativa de estructuras o para una combinación de ambas configuraciones, se deberá calcular la distancia mínima entre ellas para que no exista oclusión en terrenos horizontales, distancia que puede ser disminuida notablemente en terrenos que presenten una pendiente natural acentuada hacia la dirección sur o norte, dependiendo de la latitud de la ubicación geográfica del lugar.
De acuerdo a un ejemplo de aplicación de la primera configuración y la segunda configuración alternativa de estructura del presente invento, con referencia de la figura 14, 15, 20, 21 y 22, porque la altura del o los postes principales de soporte (3) debe ser de mínima altura para que el sistema de seguimiento solar con persianas sea compacto y no produzca sombras u oclusiones a otras plantas de seguimiento solar de persianas (2) contiguas.
Aquellos y otros cambios o modificaciones están destinadas a ser incluidas en los alcances de la presente invención, expresadas en las reivindicaciones. Es así que la presente invención es aplicable para distintos tipo de colectores solares como tipo foto voltaico (44), térmico solar, térmico solar parabólicos, entre otros.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Sistema de seguimiento solar de persianas de colectores solares, compacto y de alta eficiencia energética, CARACTERIZADO porque comprende:
un marco principal (1) posicionado en un plano inclinado con respecto a la horizontal o bastidor principal exterior contrapesado y balanceado, que contiene una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), estando dicho marco principal (1) conectado a un pilar principal de soporte (3) que está anclado al piso y que permite el giro azimutal del marco principal (1) inclinado;
una pluralidad de persianas (2) formadas de una pluralidad de marcos de colectores solares (34), montados sobre los ejes transversales horizontales (8) y acoplados mecánicamente a ellos, de manera que siempre las persianas (2) están en planos paralelos;
colectores solares (44) soportados o contenidos por la pluralidad de marcos de colectores solares (34);
un sistema de actuadores que permiten el movimiento del seguimiento solar y que consiste en un primer grupo actuador (10) que permite el giro del conjunto de persianas dentro del marco principal (1) en torno al eje vertical del poste principal de soporte (3) y un segundo grupo actuador (9) que permite el giro o abatimiento de las persianas (2), movimiento que se realiza en los múltiples ejes transversales horizontales (8);
un sistema de control que controla el movimiento de los actuadores (9,10), en base a las instrucciones recibidas por un procesador central (102) y/o local (101); y
un sistema de limpieza de los colectores solares, que está formado de uno o una pluralidad de rodillos horizontales (26) con cerdas que giran en su propio eje, acoplado cada rodillo horizontal (26) mecánicamente a cadenas de eslabones (27) que son movidas por actuadores rotacionales (33) y piñones (28), ubicadas y fijadas en los bordes laterales del marco principal (1).
2. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) de cada persiana (2) forman una recta (61) que tiene un ángulo de inclinación predeterminado (14) con respecto al eje del poste principal de soporte (3), donde dicho ángulo de inclinación predeterminado es fijo (14).
3. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 2, CARACTERIZADO porque dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde al ángulo entre la recta (61) y el eje del pilar principal de soporte (3), de manera que la pluralidad de ejes transversales horizontales (8) giran en su conjunto en sentido de seguimiento azimutal en torno al poste.
4. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 2 o 3, CARACTERIZADO porque el ángulo predeterminado de inclinación (14) está configurado en base a diferentes parámetros, dentro de los cuales están la zona geográfica y la distancia de separación (7) entre las persianas (2) de captadores solares, de manera que el ángulo predeterminado de inclinación (14) elegido es el que produce la menor oclusión de promedio anual para la mencionada locación geográfica y la mencionada separación (7) entre persianas.
5. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 4, CARACTERIZADO porque la distancia de separación (7) entre las persianas (2) se mide a lo largo de la recta (61) cuando las persianas (2) están alineadas en un mismo plano con la recta mencionada, de manera que dicha separación (7) corresponde a una distancia que produce un espacio libre que permite que no exista oclusión entre las persianas (2) para ángulos pequeños o altos de la elevación del sol (5).
6. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, CARACTERIZADO porque dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a un valor óptimo, de manera de producir la mínima oclusión promedio entre las persianas (2) durante todo el año, operando con ángulos pequeños de elevación del sol (5) tal como 5 ° o menos, siendo también adecuado dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) para elevaciones del sol máximas.
7. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) se calcula mediante un método de cálculo de oclusión mínima, ángulo que es utilizado en el momento de la fabricación, montaje o instalación del sistema para la fijación definitiva del marco principal (1) y el poste principal de soporte (3) con el ángulo de inclinación predeterminado (14) óptimo para la ubicación geográfica donde se instale.
8. El sistema de seguimiento solar, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, CARACTERIZADO porque el ángulo de inclinación predeterminado (14) varía entre 44° a 25° dado una separación mínima (7) de persianas con dXde un 5% del largo del colector solar (44), donde dX es la distancia de separación entre persianas.
9. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, CARACTERIZADO porque los grupos actuadores (9,10) son elegidos entre distintos sistemas, tal como sistemas electromecánicos, neumáticos o hidráulicos, sistemas con varillas que transmiten el movimiento de abatimiento o giro, mediante cremalleras o husillos con motoreductores o sistemas de actuadores lineales.
10. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, CARACTERIZADO porque comprende sensores de inclinación (105) y/o sensores de rotación (106) que emiten señales para que en cada instante de tiempo se ordene una posición angular cenital (12) de las persianas (2) y el giro en torno al poste vertical (3), permitiendo la rotación azimutal (11).
11. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque se tiene un control en lazo cerrado con una precisión de seguimiento menor a 0,1°.
12. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 10 u 11, CARACTERIZADO porque los sensores de inclinación (105) son microelectrónicos, electromecánicos u ópticos y permiten obtener el ángulo de inclinación cenital (12) de las persianas (2).
13. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, CARACTERIZADO porque los sensores de rotación (106) son microelectrónicos, electromecánicos u ópticos y permiten obtener la dirección azimutal de la rotación (11) de cada persiana (2) o un grupo de ellas.
14. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque cada rodillo de limpieza (26) está configurado para trasladarse deslizándose o rodando de arriba abajo sobre las persianas (2).
15. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 14, CARACTERIZADO porque los rodillos de limpieza (26) se trasladan efectuando una cierta cantidad de iteraciones predeterminadas .
16. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 14, CARACTERIZADO porque los rodillos de limpieza (26) se trasladan en base a un sensor que determina la cantidad de polvo o particulado.
17. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, CARACTERIZADO porque las persianas (2) están configuradas para abatirse formando un solo plano durante la operación de limpieza.
18. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque comprende además un sistema de montaje rápido de colectores solares que está formado por rieles de inserción rápida (35) ubicados en cada marco de colector (34), de manera que los colectores solares (44) se insertan verticalmente cuando los marcos de colectores solares (34) están en posición vertical.
19. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 18, CARACTERIZADO porque los colectores solares (44) están insertados en cada marco de colector (34) por sendos rieles (35) que traban un seguro de fijación con un resorte (32) en los marcos de paneles (34) de cada persiana (2) cuando los colectores solares (44) se mueven hacia su posición final de enclavamiento.
20. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque cada persiana (2) está contrapesada, balanceada y configurada para girar en torno al eje transversal horizontal (8) con un giro o rotación que permite el movimiento de seguimiento cenital del sol (12).
21. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el marco principal (1) inclinado está configurado para girar completamente en torno al eje principal de soporte (3) vertical para el seguimiento azimutal del sol.
22. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque los ejes transversales horizontales (8) están acoplados mecánicamente con una varilla lateral (13) mediante un pivote de varilla (38) para producir el giro o rotación en seguimiento cenital (12).
23. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el marco principal (1) está fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso.
24. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el marco de colector (34) está fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso.
25. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el colector solar ( 44) es del tipo fotovoltaico (44), térmico solar, térmico solar parabólicos, entre otros.
26. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el eje transversal (8) comprende estar fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso, donde dicho eje transversal horizontal (8) está montado sobre rodamientos u otro sistema de bajo roce que permita un mínimo torque en la rotación cenital (12).
27. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque la distancia de separación mínima (7) entre persianas (2) comprende un valor típico de entre 5% a 50% del largo de un colector solar.
28. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque los actuadores (9, 10) son de distinto tipo, como electromecánicos, sistemas con husillos, sistemas neumáticos o hidráulicos, sistemas con varillas que transmiten el movimiento de abatimiento o giro, mediante cremalleras con motoreductores o lineales, de manera que siendo electromecánicos con motoreductores son de alta razón de reducción y de pequeñas potencias, tales como menores a 100 watts.
29. El sistema de seguimiento solar, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el sistema de control está implementado en un microcontrolador o microcomputador de bajo costo que implemente un control en lazo cerrado.
30. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el sistema de control comprende un módulo de comunicaciones (104) que se comunica con un procesador central (102), procesador que puede ser un servidor automatizado que envía señales de sincronización del reloj del procesador local (101), o que reciba señales de estado de operación, energía y potencia capturada a tiempo real, y el estado de otros parámetros como el nivel de suciedad de los colectores solares.
31. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el sistema de control comprende un reloj interno y que se puede sincronizar a un reloj de alta precisión que permita un seguimiento preciso del sol durante el día.
32. Sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, CARACTERIZADO porque el rodillo de limpieza (26) es movido por un conjunto de piolas, cuerdas o cadenas (27), o un conjunto de poleas, carretes o piñones (28), mediante un actuador rotatorio electromecánico (33), neumático o hidráulico.
33. Sistema de seguimiento solar de persianas de colectores solares, compacto y de alta eficiencia energética, CARACTERIZADO porque comprende:
un marco principal (1) que soporta a una pluralidad de pilares principales de soporte (3) que a su vez soportan una pluralidad de ejes transversales horizontales y paralelos (8), donde cada eje transversal horizontal (8) soporta una sola persiana (2), la cual a su vez contiene a colectores solares (44), donde la pluralidad de pilares principales de soporte (3) están anclados al marco principal (1) fijo, de manera que cada pilar principal de soporte (3) permite el giro azimutal de cada persiana (2);
un sistema de actuadores que permiten el movimiento del seguimiento solar y que consiste en un primer grupo actuador (10) que permite el giro de cada persiana (2) en torno a cada eje vertical de los postes principales de soporte (3) permitiendo el seguimiento azimutal del sol (11), donde unas cadenas de eslabones (50) transmiten la rotación azimutal de cada persiana (2) mediante piñones en cada eje de giro de los pilares principales (3), también un segundo grupo actuador (9) permite el giro o abatimiento de las persianas (2), movimiento que se realiza en múltiples ejes transversales horizontales (8);
un sistema de control que controla el movimiento de los actuadores (9,10), en base a las instrucciones recibidas por un procesador central (102) y/o local (101); y
un sistema de limpieza de los colectores solares, que está formado de uno o una pluralidad de rodillos horizontales (26) con cerdas que giran en su propio eje, acoplado cada rodillo horizontal (26) mecánicamente a cadenas de eslabones (27) que son movidas por actuadores rotacionales (33) y piñones (28), ubicadas en el exterior de cada persiana y fijadas al eje transversal horizontal (8).
34. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 33, CARACTERIZADO porque los ejes transversal horizontales (8) están soportados mediante un soporte tubular (51) de manera que la rotación respecto al eje vertical permite el movimiento de seguimiento azimutal del sol (11) mediante el sistema de actuadores.
35. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 33 o 34, CARACTERIZADO porque las cadenas de eslabones (50) están acopladas a unos piñones (60) comunicados por un eje común (59) conectado al actuador rotatorio (9) que transmite el movimiento de rotación azimutal.
36. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 35, CARACTERIZADO porque los ejes verticales de los pilares están acoplados mecánicamente a un vástago (52) que se mueve verticalmente y trasfiere una rotación a un par de mangos (53) unidos al eje trasversal de rotación (8), rotación que se transfiere mediante una varilla (57) y un pivote (54), donde el movimiento vertical del vástago (52) se realiza mediante un husillo (58) que pasa por dentro del pilar principal de soporte (3) y se une al vástago (52) que sube y baja, donde el husillo (58) es movido por un actuador rotatorio (9).
37. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 36, CARACTERIZADO porque los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) de cada persiana (2) forman una recta (61) que tiene un ángulo de inclinación predeterminado (14) con respecto a cualquier eje verticalde los postes principales de soporte (3), donde dicho ángulo de inclinación predeterminado es fijo (14).
38. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 37, CARACTERIZADO porque dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde al ángulo entre la recta (61) y cualquier eje vertical de los pilares principales de soporte (3), de manera que la pluralidad de ejes transversales horizontales (8) giran cada uno en sentido de seguimiento azimutal respecto a cada poste principal de soporte (3);
39. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 36 o 38, CARACTERIZADO porque el ángulo predeterminado de inclinación (14) está configurado en base a diferentes parámetros, dentro de los cuales están la zona geográfica y la distancia de separación (7) entre las persianas (2) de captadores solares, de manera que el ángulo predeterminado de inclinación (14) elegido es el que produce la menor oclusión de promedio anual para la mencionada locación geográfica y la mencionada separación (7) entre persianas.
40. Sistema de seguimiento solar, según cualquiera de las reivindicaciones 37 a 39, CARACTERIZADO porque el ángulo de inclinación predeterminado (14) varía entre 18° a 24° dado una separación mínima (7) de persianas con dX
de un 5% del largo del colector solar (44), donde dX es la distancia de separación entre persianas.
41. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 40, CARACTERIZADO porque la distancia de separación (7) entre las persianas (2) se mide a lo largo de la recta (61) cuando las persianas (2) están alineadas en un mismo plano con la recta mencionada, de manera que dicha separación (7) corresponde a una distancia que produce un espacio libre que permite que no exista oclusión entre las persianas (2) para ángulos pequeños o altos de la elevación del sol (5).
42. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 37 a 42, CARACTERIZADO porque dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde a un valor óptimo, de manera de producir la mínima oclusión promedio entre las persianas (2) durante todo el año, operando con ángulos pequeños de elevación del sol (5) tal como 5o o menos, siendo también adecuado dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) para elevaciones del sol máximas.
43. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 42, CARACTERIZADO porque dicho ángulo de inclinación predeterminado (14) se calcula mediante un método de cálculo de oclusión mínima, ángulo que es utilizado en el momento de la fabricación, montaje o instalación del sistema para la fijación definitiva del marco principal (1) y los postes principales de soporte (3) con el ángulo de inclinación predeterminado (14) óptimo para la ubicación geográfica donde se instale.
44. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 43, CARACTERIZADO porque los grupos actuadores (9,10) son elegidos entre distintos sistemas, tal como sistemas electromecánicos, neumáticos o hidráulicos, sistemas con varillas que transmiten el movimiento de abatimiento o giro, mediante cremalleras o husillos con motoreductores o sistemas de actuadores lineales.
45. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 44, CARACTERIZADO porque comprende sensores de inclinación (105) y/o sensores de rotación (106) que emiten señales para que en cada instante de tiempo se ordene una posición angular cenital (12) de las persianas (2) y el giro en torno a los poste verticales (3), permitiendo la rotación azimutal (11).
46. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 45, CARACTERIZADO porque se tiene un control en lazo cerrado con una precisión de seguimiento menor a 0,1 °.
47. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 33 o 46, CARACTERIZADO porque los sensores de inclinación (105) son microelectrónicos, electromecánicos u ópticos y permiten obtener el ángulo de inclinación cenital (12) de las persianas (2).
48. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 45 a 47, CARACTERIZADO porque los sensores de rotación (106) son microelectrónicos, electromecánicos u ópticos y permiten obtener la dirección azimutal de la rotación (11) de cada persiana (2) o un grupo de ellas.
49. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 48, CARACTERIZADO porque cada rodillo de limpieza (26) está configurado para trasladarse deslizándose o rodando de arriba abajo sobre las persianas (2).
50. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 49, CARACTERIZADO porque los rodillos de limpieza (26) se trasladan efectuando una cierta cantidad de iteraciones predeterminadas .
51. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 49, CARACTERIZADO porque los rodillos de limpieza (26) se trasladan en base a un sensor que determina la cantidad de polvo o particulado.
51. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 37 a 39, CARACTERIZADO porque las persianas (2) están configuradas para abatirse formando un solo plano durante la operación de limpieza.
52. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 51 , CARACTERIZADO porque comprende además un sistema de montaje rápido de colectores solares (44) que está formado por rieles de inserción rápida (35) ubicados en cada marco de colector (34), de manera que los colectores solares (44) se insertan verticalmente cuando los marcos de colectores solares (34) están en posición vertical.
53. El sistema de seguimiento solar según la reivindicación 52, CARACTERIZADO porque los colectores solares (44) están insertados en cada marco de colector (34) por sendos rieles (35) que traban un seguro de fijación con un resorte (32) en los marcos de paneles (34) de cada persiana (2) cuando los colectores solares (44) se mueven hacia su posición final de enclavamiento.
54. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 53, CARACTERIZADO porque cada persiana (2) está contrapesada, balanceada y configurada para girar en torno al eje transversal horizontal (8) con un giro o rotación que permite el movimiento de seguimiento cenital del sol (12).
55. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 54, CARACTERIZADO porque el marco principal (1) inclinado está configurado para girar completamente en torno al eje principal de soporte (3) vertical para el seguimiento azimutal del sol.
56. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 45, CARACTERIZADO porque los ejes transversales horizontales (8) están acoplados mecánicamente con una varilla lateral (13) mediante un pivote de varilla (38) para producir el giro o rotación en seguimiento cenital (12).
57. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 56, CARACTERIZADO porque el marco principal (1) está fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso.
58. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 57, CARACTERIZADO porque el marco de colector (34) está fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso.
59. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 58, CARACTERIZADO porque el colector solar (34) es del tipo fotovoltaico (44), térmico solar, térmico solar parabólicos, entre otros.
60. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 59, CARACTERIZADO porque el eje transversal (8) comprende estar fabricado de un material resistente como acero, aluminio, fibra de vidrio, fibra de carbono o plástico entre otros materiales de alta resistencia y bajo peso, donde dicho eje transversal horizontal (8) está montado sobre rodamientos u otro sistema de bajo roce que permita un mínimo torque en la rotación cenital (12).
61. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 60, CARACTERIZADO porque la distancia de separación mínima (7) entre persianas (2) comprende un valor típico de entre 5% a 50% del largo de un colector solar.
62. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 61 , CARACTERIZADO porque los actuadores (9, 10) son de distinto tipo, como electromecánicos, sistemas con husillos, sistemas neumáticos o hidráulicos, sistemas con varillas que transmiten el movimiento de abatimiento o giro, mediante cremalleras con motoreductores o lineales, de manera que siendo electromecánicos con motoreductores son de alta razón de reducción y de pequeñas potencias, tales como menores a 100 watts.
63. El sistema de seguimiento solar, según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 62, CARACTERIZADO porque el sistema de control está implementado en un microcontrolador o microcomputador de bajo costo que implemente un control en lazo cerrado.
64. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 63, CARACTERIZADO porque el sistema de control comprende un módulo de comunicaciones (104) que se comunica con un procesador central (102), procesador que puede ser un servidor automatizado que envía señales de sincronización del reloj del procesador local (101), o que reciba señales de estado de operación, energía y potencia capturada a tiempo real, y el estado de otros parámetros como el nivel de suciedad de los colectores solares.
65. El sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 64, CARACTERIZADO porque el sistema de control comprende un reloj interno que se puede sincronizar a un reloj de alta precisión que permita un seguimiento preciso del sol durante el día.
66. Sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 65, CARACTERIZADO porque el rodillo de limpieza (26) es movido por un conjunto de piolas, cuerdas o cadenas (27), o un conjunto de poleas, carretes o piñones (28), mediante un actuador rotatorio electromecánico (33), neumático o hidráulico.
67. Método de oclusión mínima para un sistema de seguimiento solar, que se implementa en un sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 32, CARACTERIZADO porque el método de oclusión mínima comprende las siguientes etapas:
- obtención de parámetros iniciales (116) del sistema de seguimiento solar, de manera que se asigna un parámetro ALPHAO (4), donde ALPHAO corresponde a un ángulo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) del sistema de seguimiento solar, respecto al plano horizontal,
- cálculo de la oclusión (117), obteniendo todos los posibles resultados de la oclusión entre las persianas (2) para distintos valores angulares de la inclinación ALPHAO (4) de los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8), en base a la posición del sol, día a día, hasta completar el ciclo de un año, obteniendo distintos promedios de oclusión para distintos posibles ángulos de inclinación ALPHAO (4),
- creación de una matriz de datos de soluciones (118) que dan como resultado un valor mínimo para la oclusión anual,
- elección del menor valor de la oclusión promedio anual dentro de un listado de valores de ALPHAO, la elección del ángulo ALPHAO (119) que produzca el menor valor de oclusión promedio anual se denomina un ángulo de inclinación óptimo (4),
- obtención del ángulo de inclinación predeterminado (120) que corresponde al ángulo complementario de ALPHAO (4), - fijación del marco principal (121) en un ángulo de inclinación predeterminado (14) donde el ángulo de inclinación predeterminado (14) corresponde al ángulo entre el plano formado por el marco principal (1) y el eje del pilar vertical de soporte (3)
68. Método de oclusión mínima para un sistema de seguimiento solar, que se implementa en un sistema de seguimiento solar según cualquiera de las reivindicaciones 33 a 66, CARACTERIZADO porque el método de oclusión mínima comprende las siguientes etapas:
- obtención de parámetros iniciales (116) del sistema de seguimiento solar, de manera que se asigna un parámetro ALPHAO (4), donde ALPHAO corresponde a un ángulo de inclinación de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) del sistema de seguimiento solar, respecto al plano horizontal,
- cálculo de la oclusión (117), obteniendo todos los posibles resultados de la oclusión entre las persianas (2) para distintos valores angulares de la inclinación ALPHAO (4) de los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8), en base a la posición del sol, día a día, hasta completar el ciclo de un año, obteniendo distintos promedios de oclusión para distintos posibles ángulos de inclinación ALPHAO (4),
- creación de una matriz de datos de soluciones (118) que dan como resultado un valor mínimo para la oclusión anual,
- elección del menor valor de la oclusión promedio anual dentro de un listado de valores de ALPHAO, la elección del ángulo ALPHAO (119) que produzca el menor valor de oclusión promedio anual se denomina un ángulo de inclinación óptimo (4),
- obtención del ángulo de inclinación predeterminado (120) que corresponde al ángulo complementario de ALPHAO (4),
- fijación del ángulo de la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8) con respecto a los ejes verticales de los pilares principales de soporte (3) en un ángulo de inclinación predeterminado (14).
69. Método de oclusión mínima, cualquiera de las reivindicaciones 67 o 68, CARACTERIZADO porque entre los parámetros iniciales se encuentra la localización geográfica, para determinar la latitud del lugar geográfico, y con ello obtener la posición del sol a cada instante.
70. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 67 a 69, CARACTERIZADO porque además se determina como parámetro inicial la distancia mínima (7) en la que se desea que estén separadas las persianas (2) de colectores solares, de modo a que se asigna un porcentaje de la longitud del colector solar.
71. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 67 a 70, CARACTERIZADO porque ALPHAO (4) es el parámetro que se optimiza para minimizar la separación entre paneles y minimizar la oclusión.
72. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 67 a 71, CARACTERIZADO porque la etapa de obtención de parámetros iniciales (116) también permite asignar parámetros ELEV (5), ALPHA (6), dX (7) y L, donde:
ELEV: corresponde a un ángulo de elevación del sol desde el plano horizontal;
ALPHA: corresponde a un ángulo de inclinación de cada persiana (2) respecto a la recta formada por los centros longitudinales de los ejes transversales horizontales (8);
dX: corresponde a la distancia de separación entre persianas, de manera que a menor separación se permite un marco principal más compacto;
L: corresponde a la mitad del largo del panel o persiana.
73. Método de oclusión mínima, según la reivindicación 72, CARACTERIZADO porque dx (7) se elige con un valor típico de un 5 % del largo de un colector solar (44).
74. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 72 o 73, CARACTERIZADO porque para un panel solar de 250 Watts con dimensiones ancho 1637 mm, largo 992 mm, y espesor de 40 mm, donde L es 495 mm que es la mitad del largo del panel solar.
75. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 67 a 74, CARACTERIZADO porque la etapa de creación de una matriz de datos de soluciones (118) comprende además asignar los parámetros, T2 y TI y calcular el parámetro OCL_DIA para cada día dentro del año y calculando un promedio anual de oclusión, donde:
OCL_DIA: corresponde a la fracción promedio de oclusión diaria;
TI y T2: corresponden al tiempo de salida y puesta del sol respectivamente,
76. Método de oclusión mínima, según la reivindicación 75, CARACTERIZADO porque los tiempos TI y T2 se definen cuando la elevación del sol es de un pequeño Angulo, por ejemplo, de 5o.
77. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 67 y 69 a 76 CARACTERIZADO porque la oclusión promedio diaria se calcula como sigue:
1 T2
OCL_ DIA = j" ([COS(TT / 2 - ALPHA0 - ELEV(t)) - 1] · [2L + dX ] -2L)■ dt
78. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 68 a 76, CARACTERIZADO porque la oclusión promedio diaria se calcula como sigue:
OCL_ DIA = - [2L + dx]- se ALPHA0"> -2 - dt
Figure imgf000077_0001
sen(ALPHAZ) En donde,
ALPHAZ
Figure imgf000078_0001
ALPHAZ: representa a ángulo que corresponde a la proyección de ALPHAO en el plano con dirección en una azimut del sol en un instante dado;
AZ: representa el ángulo azimut del sol en un instante dado.
79. Método de oclusión mínima, según cualquiera de las reivindicaciones 67 a 78, CARACTERIZADO porque se implementa en un aparato que posee un procesador digital y una interfaz para su uso durante la fabricación, instalación o montaje en terreno del sistema de seguimiento solar y adicionalmente el mencionado aparato puede ser portátil conteniendo un sensor de posición geográfica del tipo GPS para la determinación del ángulo de inclinación predeterminado óptimo en cualquier lugar que se requiera de manera interactiva con el usuario.
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